Un sistema fotovoltaico converte le radiazioni solari in elettricità utilizzabile. Comprende l’array solare e l’equilibrio dei componenti del sistema. I sistemi fotovoltaici possono essere suddivisi in vari aspetti, come sistemi collegati alla rete o stand alone, sistemi integrati o montati su rack, sistemi residenziali o di utilità, sistemi distribuiti o centralizzati, sistemi rooftop contro terra , tracciamento rispetto a sistemi a inclinazione fissa e nuovi sistemi costruiti rispetto a quelli retrofittati. Altre distinzioni possono includere sistemi con microinverter rispetto all’inverter centrale, sistemi che utilizzano la tecnologia del silicio cristallino rispetto a quella a film sottile e sistemi con moduli di produttori cinesi e europei e statunitensi.
Circa il 99% di tutti i sistemi di energia solare statunitensi e il 90% di tutti gli Stati Uniti sono collegati alla rete elettrica, mentre i sistemi off-grid sono un po ‘più comuni in Australia e Corea del Sud. I sistemi Pv utilizzano raramente la batteria. Questo potrebbe cambiare presto, poiché gli incentivi governativi per lo stoccaggio di energia distribuita vengono implementati e gli investimenti in soluzioni di storage stanno gradualmente diventando economicamente validi per i piccoli sistemi. Un sistema solare di un tipico sistema fotovoltaico residenziale è montato su un rack sul tetto, piuttosto che integrato nel tetto o nella facciata dell’edificio, poiché questo è molto più costoso. Le centrali termoelettriche su scala multipla sono montate a terra, con pannelli solari inclinati fissi anziché utilizzare costosi dispositivi di localizzazione. Il silicio cristallino è il materiale predominante utilizzato nel 90 percento dei moduli solari prodotti a livello mondiale, mentre il film sottile rivale ha perso quote di mercato negli ultimi anni.20 Circa il 70 percento di tutte le celle e moduli solari sono prodotti in Cina e Taiwan, lasciando solo 5 percentuale per i fabbricanti europei e statunitensi.12 La capacità installata per entrambi, piccoli sistemi da tetto e grandi centrali a energia solare sta crescendo rapidamente e in parti uguali, sebbene vi sia una tendenza notevole verso i sistemi di utilità, poiché l’attenzione per le nuove installazioni è spostandosi dall’Europa verso regioni più soleggiate, come il Sunbelt negli Stati Uniti, che sono meno contrarie alle fattorie solari montate a terra e all’efficacia dei costi, è più enfatizzato dagli investitori.
Spinta dai progressi tecnologici e dall’aumento delle dimensioni e della sofisticazione della produzione, il costo del fotovoltaico è in costante calo. Esistono diversi milioni di impianti fotovoltaici distribuiti in tutto il mondo, principalmente in Europa, con 1,4 milioni di sistemi in Germania, oltre al Nord America con 440.000 sistemi negli Stati Uniti. L’efficienza di conversione energetica di un modulo solare convenzionale è aumentata dal 15 al 20% negli ultimi 10 anni e un sistema fotovoltaico recupera l’energia necessaria per la sua produzione in circa 2 anni. In località eccezionalmente irradiate o quando viene utilizzata la tecnologia a film sottile, il cosiddetto tempo di recupero energetico diminuisce a un anno o meno.33 Gli incentivi netti e finanziari, come le tariffe incentivanti per l’energia solare, hanno anche in gran parte supportato installazioni di sistemi fotovoltaici in molti paesi. Il costo livellato dell’elettricità da sistemi fotovoltaici su larga scala è diventato competitivo con le fonti convenzionali di elettricità in un elenco in espansione di regioni geografiche e la parità di rete è stata raggiunta in circa 30 paesi diversi.
A partire dal 2015, il mercato globale del fotovoltaico in rapida crescita si sta rapidamente avvicinando al marchio da 200 GW, circa 40 volte la capacità installata del 2006. I sistemi fotovoltaici attualmente contribuiscono per circa l’1 percento alla produzione mondiale di elettricità. I principali installatori di impianti fotovoltaici in termini di capacità sono attualmente Cina, Giappone e Stati Uniti, mentre metà della capacità mondiale è installata in Europa, con la Germania e l’Italia che forniscono dal 7% all’8% del loro consumo nazionale di elettricità con il solare fotovoltaico. L’Agenzia internazionale dell’energia prevede che l’energia solare diventerà la principale fonte di elettricità del mondo entro il 2050, con il solare fotovoltaico e il solare termico concentrato che contribuiscono rispettivamente al 16% e all’11% della domanda globale.
Griglia-connection
Un sistema connesso alla rete è collegato a una rete indipendente più ampia (tipicamente la rete elettrica pubblica) e alimenta l’energia direttamente nella rete. Questa energia può essere condivisa da un edificio residenziale o commerciale prima o dopo il punto di misurazione delle entrate. La differenza è se la produzione di energia accreditata viene calcolata indipendentemente dal consumo energetico del cliente (tariffa feed-in) o solo dalla differenza di energia (misurazione netta). I sistemi collegati alla rete variano in dimensioni da centrali residenziali (2-10 kWp) a centrali solari (fino a 10s di MWp). Questa è una forma di generazione elettrica decentralizzata. L’immissione di energia elettrica nella rete richiede la trasformazione della corrente continua in corrente alternata mediante uno speciale inverter sincronizzatore di rete. Nelle installazioni con dimensioni di kilowatt, la tensione del sistema di lato CC è più alta consentita (tipicamente 1000 V tranne che negli Stati Uniti residenziali 600 V) per limitare le perdite ohmiche. La maggior parte dei moduli (60 o 72 celle di silicio cristallino) genera da 160 W a 300 W a 36 volt. Talvolta è necessario o auspicabile collegare i moduli parzialmente in parallelo anziché tutti in serie. Un gruppo di moduli collegati in serie è noto come “stringa”.
Altri sistemi
Questa sezione include sistemi che sono altamente specializzati e non comuni o rappresentano ancora una nuova tecnologia emergente con un significato limitato. Tuttavia, i sistemi standalone o off-grid occupano un posto speciale. Erano il tipo più comune di sistemi durante gli anni ’80 e ’90, quando la tecnologia fotovoltaica era ancora molto costosa e un mercato di nicchia puro per applicazioni su piccola scala. Solo in luoghi in cui non era disponibile la rete elettrica, erano economicamente redditizi. Sebbene i nuovi sistemi stand-alone siano ancora utilizzati in tutto il mondo, il loro contributo alla capacità fotovoltaica installata complessiva sta diminuendo. In Europa, i sistemi off-grid rappresentano l’1% della capacità installata. Negli Stati Uniti, rappresentano circa il 10 percento. I sistemi off-grid sono ancora comuni in Australia e Corea del Sud e in molti paesi in via di sviluppo.
CPV
I sistemi fotovoltaici Concentratore fotovoltaico (CPV) e ad alta concentrazione (HCPV) utilizzano lenti ottiche o specchi curvi per concentrare la luce solare su celle solari piccole ma altamente efficienti. Oltre all’ottica di concentrazione, i sistemi CPV utilizzano talvolta inseguitori solari e sistemi di raffreddamento e sono più costosi.
Soprattutto i sistemi HCPV sono i più adatti in luoghi con un’elevata irradiazione solare, concentrando la luce solare fino a 400 volte o più, con un’efficienza del 24-28 percento, superiore a quella dei sistemi normali. Vari modelli di sistemi CPV e HCPV sono disponibili in commercio ma non molto comuni. Tuttavia, la ricerca e lo sviluppo in corso sono in corso.
Il CPV viene spesso confuso con CSP (energia solare concentrata) che non utilizza il fotovoltaico.Entrambe le tecnologie favoriscono posizioni che ricevono molta luce solare e sono in competizione diretta l’una con l’altra.
Ibrido
Un sistema ibrido combina il fotovoltaico con altre forme di generazione, solitamente un generatore diesel. Viene anche usato biogas. L’altra forma di generazione può essere un tipo in grado di modulare la potenza in uscita in funzione della domanda. Tuttavia è possibile utilizzare più di una forma di energia rinnovabile, ad esempio il vento. La generazione di energia fotovoltaica serve a ridurre il consumo di carburante non rinnovabile. I sistemi ibridi si trovano più spesso sulle isole.L’isola di Pellworm in Germania e l’isola di Kythnos in Grecia sono esempi notevoli (entrambi sono combinati con il vento). L’impianto di Kythnos ha ridotto il consumo di gasolio dell’11,2%.
Nel 2015, uno studio di casi condotto in sette paesi ha concluso che in tutti i casi i costi di produzione possono essere ridotti ibridando mini-reti e reti isolate. Tuttavia, i costi di finanziamento per tali ibridi sono fondamentali e dipendono in larga misura dalla struttura proprietaria della centrale elettrica.Mentre le riduzioni dei costi per le utilities statali possono essere significative, lo studio ha anche identificato i benefici economici come insignificanti o addirittura negativi per i servizi pubblici non pubblici, come i produttori indipendenti di energia.
C’è stato anche un recente lavoro che dimostra che il limite di penetrazione del fotovoltaico può essere aumentato implementando una rete distribuita di sistemi ibridi PV + CHP negli Stati Uniti. La distribuzione temporale del flusso solare, i requisiti elettrici e di riscaldamento per le residenze unifamiliari statunitensi rappresentative sono state analizzate e i risultati mostrano chiaramente che l’ibridazione della cogenerazione con il fotovoltaico può consentire un’ulteriore distribuzione fotovoltaica al di sopra di quanto è possibile con un sistema di generazione elettrica centralizzato convenzionale. Questa teoria è stata riconfermata con simulazioni numeriche utilizzando i dati del flusso solare al secondo per determinare che il backup della batteria necessario per fornire un tale sistema ibrido è possibile con sistemi di batterie relativamente piccoli e poco costosi. Inoltre, per gli edifici istituzionali sono possibili grandi sistemi PV + CHP, che forniscono nuovamente il backup del PV intermittente e riducono il tempo di esecuzione del CHP.
Il sistema PVT (ibrido PV / T), noto anche come collettore solare termico ibrido fotovoltaico, converte la radiazione solare in energia termica ed elettrica. Un tale sistema combina un modulo solare (PV) con un collettore solare termico in modo complementare.
Sistema CPVT. Un sistema concentrato fotovoltaico termico ibrido (CPVT) è simile a un sistema PVT. Utilizza il fotovoltaico concentrato (CPV) invece della tecnologia fotovoltaica convenzionale e lo combina con un collettore solare termico.
Sistema CPV / CSP. Un nuovo sistema ibrido solare CPV / CSP è stato proposto di recente, combinando il fotovoltaico a concentrazione con la tecnologia non FV di energia solare concentrata (CSP), o anche noto come solare termico concentrato.
Sistema diesel FV. Combina un sistema fotovoltaico con un generatore diesel. Combinazioni con altre fonti rinnovabili sono possibili e comprendono turbine eoliche.
Pannelli solari galleggianti
I pannelli solari galleggianti sono sistemi fotovoltaici che galleggiano sulla superficie di serbatoi di acqua potabile, laghi di cava, canali di irrigazione o bacini di bonifica e di decantazione. Questi sistemi sono chiamati “floatovoltaics” quando vengono utilizzati solo per la produzione elettrica o “aquavoltaics” quando tali sistemi vengono utilizzati per migliorare sinergicamente l’acquacoltura. Un piccolo numero di tali sistemi esiste in Francia, India, Giappone, Corea del Sud, Regno Unito, Singapore e Stati Uniti.
Si dice che i sistemi abbiano vantaggi sul fotovoltaico a terra. Il costo del terreno è più costoso e ci sono meno regole e regolamenti per le strutture costruite su corpi idrici non utilizzati per la ricreazione. A differenza della maggior parte delle centrali solari terrestri, gli array galleggianti possono essere discreti perché nascosti alla vista pubblica. Raggiungono una maggiore efficienza rispetto ai pannelli fotovoltaici a terra, perché l’acqua raffredda i pannelli. I pannelli hanno uno speciale rivestimento per prevenire ruggine o corrosione.
Nel maggio 2008, la Far Niente Winery di Oakville, in California, ha aperto la strada al primo impianto fotovoltaico al mondo installando 994 moduli fotovoltaici con una capacità totale di 477 kW su 130 pontoni e facendoli galleggiare nello stagno di irrigazione della cantina. Il vantaggio principale di tale sistema è che evita la necessità di sacrificare un’area di terreno preziosa che potrebbe essere utilizzata per un altro scopo. Nel caso della Far Niente Winery, ha risparmiato tre quarti di un acro che sarebbe stato necessario per un sistema terrestre. Un altro vantaggio di un impianto fotovoltaico è che i pannelli sono mantenuti a una temperatura più fredda di quella che si troverebbero sulla terraferma, portando a una maggiore efficienza nella conversione dell’energia solare. L’array fotovoltaico fluttuante riduce anche la quantità di acqua persa per evaporazione e inibisce la crescita delle alghe.
Le fattorie fotovoltaiche fluttuanti su scala utility stanno iniziando a essere costruite. Kyocera, multinazionale produttrice di componenti elettronici e di ceramiche, svilupperà la più grande azienda al mondo, una fattoria da 13,4 MW sul serbatoio sopra la diga Yamakura nella prefettura di Chiba, utilizzando 50.000 pannelli solari. Anche le fattorie galleggianti resistenti all’acqua salata vengono prese in considerazione per l’uso sull’oceano, con esperimenti in Tailandia. Il più grande progetto floatovolta annunciato finora è una centrale elettrica da 350 MW nella regione amazzonica del Brasile.
Griglia corrente diretta
Le reti DC si trovano nel trasporto elettrico: tram e filobus ferroviari. Sono stati costruiti alcuni impianti pilota per tali applicazioni, come i depositi dei tram di Hannover Leinhausen, che utilizzano i contributori fotovoltaici e Ginevra (Bachet de Pesay). Il sito di Ginevra da 150 kWp alimenta 600 V DC direttamente nella rete elettrica tram / filobus, mentre prima forniva circa il 15% dell’elettricità all’apertura nel 1999.
Indipendente, autonomo
Un sistema stand-alone o off-grid non è collegato alla rete elettrica. I sistemi autonomi variano notevolmente in termini di dimensioni e applicazione da orologi da polso o calcolatori a edifici remoti o veicoli spaziali. Se il carico deve essere alimentato indipendentemente dall’insolazione solare, la potenza generata viene immagazzinata e tamponata con una batteria. Nelle applicazioni non portatili in cui il peso non è un problema, come negli edifici, le batterie al piombo sono più comunemente utilizzate per il loro basso costo e la tolleranza per l’abuso.
Un controller di carica può essere incorporato nel sistema per evitare danni alla batteria dovuti a una carica o scarica eccessiva. Può anche aiutare a ottimizzare la produzione dall’array solare utilizzando una tecnica di tracciamento del punto di massima potenza (MPPT). Tuttavia, nei sistemi fotovoltaici semplici in cui la tensione del modulo fotovoltaico è adattata alla tensione della batteria, l’uso dell’elettronica MPPT è generalmente considerato non necessario, poiché la tensione della batteria è sufficientemente stabile da fornire una raccolta di energia quasi massima dal modulo fotovoltaico. Nei dispositivi di piccole dimensioni (es. Calcolatrici, parchimetri) viene consumata solo corrente continua (CC). In sistemi più grandi (ad es. Edifici, pompe idrauliche remote) è normalmente richiesta la corrente alternata. Per convertire la corrente continua dai moduli o dalle batterie in corrente alternata, viene utilizzato un inverter.
Nelle impostazioni agricole, la matrice può essere utilizzata per alimentare direttamente le pompe CC, senza la necessità di un inverter. Nelle impostazioni remote come aree montuose, isole o altri luoghi in cui una rete elettrica non è disponibile, gli array solari possono essere utilizzati come unica fonte di energia elettrica, di solito caricando una batteria. I sistemi stand-alone sono strettamente correlati alla microgenerazione e alla generazione distribuita.
Sistemi fotovoltaici Pico
I sistemi fotovoltaici più piccoli e spesso portatili sono chiamati sistemi fotovoltaici pico solari o pico solar. Combinano principalmente una batteria ricaricabile e un controller di carica, con un pannello fotovoltaico molto piccolo. La capacità nominale del pannello è di pochi watt-picco (1-10 Wp) e la sua area è inferiore a un decimo di un metro quadrato, o un piede quadrato, in termini di dimensioni. Una vasta gamma di applicazioni diverse può essere alimentata ad energia solare come lettori musicali, ventilatori, lampade portatili, luci di sicurezza, kit di illuminazione solare, lanterne solari e lampioni (vedi sotto), caricatori telefonici, radio o anche piccoli LCD da sette pollici televisori, che funzionano con meno di dieci watt. Come nel caso della generazione di energia da pico hydro, i sistemi fotovoltaici pico sono utili in piccole comunità rurali che richiedono solo una piccola quantità di elettricità. Poiché l’efficienza di molti apparecchi è notevolmente migliorata, in particolare grazie all’uso di luci a LED e batterie ricaricabili efficienti, pico solar è diventato un’alternativa economica, soprattutto nei paesi in via di sviluppo. Il prefisso metrico rappresenta un trilionesimo per indicare la piccolezza della potenza elettrica del sistema.
Lampioni solari
I lampioni solari generano sorgenti luminose alimentate da pannelli fotovoltaici generalmente montati sulla struttura di illuminazione. Il sistema solare di un sistema FV fuori dalla rete carica una batteria ricaricabile, che alimenta una lampada a fluorescenza o LED durante la notte. I lampioni solari sono sistemi di alimentazione autonomi e hanno il vantaggio di risparmiare sui costi di scavo, abbellimento e manutenzione, nonché sulle bollette elettriche, nonostante il loro costo iniziale più elevato rispetto all’illuminazione stradale convenzionale. Sono progettati con batterie sufficientemente grandi per garantire il funzionamento per almeno una settimana e anche nella peggiore situazione, si prevede che si attenuino solo leggermente.
Telecomunicazione e segnalazione
L’energia solare fotovoltaica è ideale per applicazioni di telecomunicazione come centralini telefonici locali, trasmissioni radio e TV, microonde e altre forme di collegamenti di comunicazione elettronica.Questo perché, nella maggior parte delle applicazioni di telecomunicazione, le batterie di accumulo sono già in uso e l’impianto elettrico è sostanzialmente DC. Nei terreni collinosi e montuosi, i segnali radio e TV potrebbero non arrivare mentre vengono bloccati o riflessi a causa del terreno ondulato.In queste posizioni vengono installati trasmettitori a bassa potenza per ricevere e ritrasmettere il segnale per la popolazione locale.
Veicoli solari
Il veicolo solare, che sia terra, acqua, aria o veicoli spaziali, può ottenere tutta l’energia necessaria per il loro funzionamento dal sole. I veicoli di superficie richiedono generalmente livelli di potenza più elevati di quelli che possono essere sostenuti da un campo solare di dimensioni praticamente ridotte, quindi una batteria aiuta a soddisfare la richiesta di potenza massima e l’array solare la ricarica. I veicoli spaziali hanno utilizzato con successo sistemi solari fotovoltaici per anni di funzionamento, eliminando il peso del carburante o delle batterie primarie.
Pompe solari
Una delle applicazioni solari più economiche è una pompa ad energia solare, in quanto è molto più economico acquistare un pannello solare piuttosto che alimentare linee elettriche. Spesso incontrano il bisogno di acqua oltre la portata delle linee elettriche, prendendo il posto di un mulino a vento o di una pompa del vento. Un’applicazione comune è il riempimento delle vasche per l’abbeveraggio del bestiame, in modo che i bovini da pascolo possano bere. Un altro è il riempimento di serbatoi di acqua potabile su case remote o autosufficienti.
Navicella spaziale
I pannelli solari su veicoli spaziali sono stati una delle prime applicazioni del fotovoltaico dal lancio di Vanguard 1 nel 1958, il primo satellite ad utilizzare le celle solari. Contrariamente a Sputnik, il primo satellite artificiale per orbitare attorno al pianeta, che ha esaurito le batterie entro 21 giorni a causa della mancanza di energia solare, i satelliti per le comunicazioni più moderni e le sonde spaziali nel sistema solare interno si basano sull’uso di pannelli solari per ricava elettricità dalla luce solare.
Costi ed economia
Il costo della produzione di cellule fotovoteiche è diminuito a causa delle economie di scala nella produzione e dei progressi tecnologici nella produzione. Per le installazioni su larga scala, i prezzi al di sotto di $ 1,00 per watt erano comuni entro il 2012. Una riduzione dei prezzi del 50% era stata raggiunta in Europa dal 2006 al 2011 e c’è un potenziale per abbassare il costo di generazione del 50% entro il 2020. Crystal silicon solar le celle sono state in gran parte sostituite da celle solari in silicio policristallino meno costose e anche celle solari in silicio a film sottile sono state sviluppate di recente a costi di produzione inferiori. Sebbene siano ridotti nell’efficienza di conversione energetica da singoli “siwafers” cristallini, sono anche molto più facili da produrre a costi relativamente inferiori.
La tabella seguente mostra il costo totale in centesimi di US per kWh di elettricità generata da un impianto fotovoltaico. Le intestazioni delle righe a sinistra mostrano il costo totale, per chilowatt di picco (kWp), di un impianto fotovoltaico. I costi del sistema fotovoltaico sono in calo e, ad esempio, in Germania è stato riportato un calo a USD 1389 / kWp entro la fine del 2014. Le intestazioni delle colonne nella parte superiore si riferiscono alla produzione annua di energia in kWh prevista per ogni kWp installato. Questo varia in base alla regione geografica poiché l’insolazione media dipende dalla nuvolosità media e dallo spessore dell’atmosfera attraversato dalla luce solare. Dipende anche dal percorso del sole relativo al pannello e all’orizzonte. I pannelli di solito sono montati ad angolo in base alla latitudine, e spesso sono regolati stagionalmente per soddisfare la variazione di declinazione solare. La localizzazione solare può anche essere utilizzata per accedere a una luce solare ancora più perpendicolare, aumentando così la produzione di energia totale.
I valori calcolati nella tabella riflettono il costo totale in centesimi per kWh prodotto. Essi assumono un costo totale del capitale del 10% (ad esempio, il tasso di interesse del 4%, l’1% dei costi operativi e di manutenzione e l’ammortamento del capitale investito in 20 anni). Normalmente, i moduli fotovoltaici hanno una garanzia di 25 anni.
| Costo del chilowattora generato da un sistema fotovoltaico (USA ¢ / kWh) in base alla radiazione solare e al costo di installazione durante 20 anni di funzionamento |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Installazione costo in $ per watt |
L’insolazione genera annualmente kilowattora per kW-capacity installata (kWh / kWp • y) | ||||||||||||
| 2400 | 2200 | 2000 | 1800 | 1600 | 1400 | 1200 | 1000 | 800 | |||||
| $ 0.20 | 0.8 | 0.9 | 1.0 | 1.1 | 1.3 | 1.4 | 1.7 | 2.0 | 2.5 | ||||
| $ 0.60 | 2.5 | 2.7 | 3.0 | 3.3 | 3.8 | 4.3 | 5.0 | 6.0 | 7.5 | ||||
| $ 1.00 | 4.2 | 4.5 | 5.0 | 5.6 | 6.3 | 7.1 | 8.3 | 10.0 | 12.5 | ||||
| $ 1.40 | 5.8 | 6.4 | 7.0 | 7.8 | 8.8 | 10.0 | 11.7 | 14.0 | 17.5 | ||||
| $ 1,80 | 7.5 | 8.2 | 9.0 | 10.0 | 11.3 | 12.9 | 15.0 | 18,0 | 22.5 | ||||
| $ 2.20 | 9.2 | 10.0 | 11.0 | 12.2 | 13.8 | 15,7 | 18,3 | 22.0 | 27.5 | ||||
| $ 2.60 | 10.8 | 11.8 | 13,0 | 14.4 | 16.3 | 18,6 | 21.7 | 26.0 | 32,5 | ||||
| $ 3.00 | 12.5 | 13.6 | 15.0 | 16,7 | 18.8 | 21.4 | 25,0 | 30,0 | 37.5 | ||||
| $ 3.40 | 14.2 | 15.5 | 17,0 | 18,9 | 21.3 | 24.3 | 28.3 | 34.0 | 42.5 | ||||
| $ 3.80 | 15.8 | 17,3 | 19,0 | 21.1 | 23.8 | 27.1 | 31,7 | 38.0 | 47.5 | ||||
| $ 4.20 | 17.5 | 19.1 | 21,0 | 23.3 | 26.3 | 30,0 | 35.0 | 42.0 | 52.5 | ||||
| $ 4.60 | 19.2 | 20.9 | 23.0 | 25.6 | 28.8 | 32.9 | 38.3 | 46.0 | 57.5 | ||||
| $ 5.00 | 20.8 | 22.7 | 25,0 | 27.8 | 31.3 | 35.7 | 41.7 | 50.0 | 62.5 | ||||
Gli appunti:
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Sistema di costo 2013
Nell’edizione 2014 del rapporto “Technology Roadmap: Solar Photovoltaic Energy”, l’International Energy Agency (IEA) ha pubblicato i prezzi in dollari USA per watt per sistemi fotovoltaici residenziali, commerciali e di utilità pubblica per otto mercati principali nel 2013.
| USD / W | Australia | Cina | Francia | Germania | Italia | Giappone | Regno Unito | stati Uniti |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Residenziale | 1.8 | 1.5 | 4.1 | 2.4 | 2.8 | 4.2 | 2.8 | 4.9 |
| Commerciale | 1.7 | 1.4 | 2.7 | 1.8 | 1.9 | 3.6 | 2.4 | 4.5 |
| Utility scala | 2.0 | 1.4 | 2.2 | 1.4 | 1.5 | 2.9 | 1.9 | 3.3 |
| Fonte : IEA – Roadmap tecnologica: rapporto sull’energia solare fotovoltaica | ||||||||
I sistemi fotovoltaici dimostrano una curva di apprendimento in termini di costo dell’elettricità livellato (LCOE), riducendo il costo per kWh del 32,6% per ogni raddoppio di capacità. Dai dati di LCOE e dalla capacità cumulativa installata dall’Agenzia internazionale per le energie rinnovabili (IRENA) dal 2010 al 2017, l’equazione della curva di apprendimento per i sistemi fotovoltaici è fornita come
LCOE: costo dell’elettricità livellato (in USD / kWh)
Capacità: capacità installata cumulativa di impianti fotovoltaici (in MW)
Regolamento
Standardizzazione
L’uso crescente di sistemi fotovoltaici e l’integrazione della potenza fotovoltaica in strutture esistenti e le tecniche di fornitura e distribuzione aumentano il valore di standard generali e definizioni per componenti e sistemi fotovoltaici. Gli standard sono compilati presso la Commissione elettrotecnica internazionale (IEC) e si applicano all’efficienza, durata e sicurezza di celle, moduli, programmi di simulazione, connettori e cavi, sistemi di montaggio, efficienza complessiva degli inverter, ecc.
Pianificazione e permesso
Mentre l’articolo 690 del National Electric Code fornisce linee guida generali per l’installazione di impianti fotovoltaici, queste linee guida possono essere sostituite da leggi e regolamenti locali.Spesso è necessario un permesso che richiede l’invio di piani e calcoli strutturali prima che il lavoro possa iniziare. Inoltre, molte impostazioni locali richiedono che il lavoro venga eseguito sotto la guida di un elettricista autorizzato. Rivolgersi alla locale città / contea AHJ (autorità competente) per garantire la conformità a qualsiasi legge o regolamento applicabile.
Negli Stati Uniti, l’Autorità competente per la giurisdizione (AHJ) esaminerà i progetti e rilascia autorizzazioni, prima che la costruzione possa iniziare legittimamente. Le pratiche di installazione elettrica devono essere conformi agli standard stabiliti nel National Electrical Code (NEC) e devono essere ispezionati dall’AHJ per garantire la conformità con codice edilizio, codice elettrico e codice di sicurezza antincendio. Le giurisdizioni possono richiedere che l’apparecchiatura sia stata testata, certificata, elencata ed etichettata da almeno uno dei laboratori di prova riconosciuti a livello nazionale (NRTL). Nonostante il complicato processo di installazione, un recente elenco di appaltatori solari mostra che la maggior parte delle società di installazione sono state fondate dal 2000.
Regolamenti nazionali
Regno Unito
Nel Regno Unito, le installazioni fotovoltaiche sono generalmente considerate come sviluppo consentito e non richiedono il permesso di pianificazione. Se la proprietà è elencata o in un’area designata (Parco nazionale, Area di straordinaria bellezza naturale, Sito di interesse scientifico speciale o Norfolk Broads), è necessario un permesso di pianificazione.
stati Uniti
Negli Stati Uniti, molte località richiedono un permesso per installare un sistema fotovoltaico. Un sistema collegato alla rete richiede normalmente un elettricista autorizzato per effettuare la connessione tra il sistema e il cablaggio della rete dell’edificio. Gli installatori che soddisfano queste qualifiche si trovano in quasi tutti gli stati. Lo Stato della California proibisce alle associazioni di proprietari di case di limitare i dispositivi solari.
Spagna
Anche se la Spagna genera circa il 40% della sua elettricità tramite fotovoltaico e altre fonti di energia rinnovabile, e città come Huelva e Siviglia vantano quasi 3.000 ore di sole all’anno, la Spagna ha emesso una tassa solare per tenere conto del debito creato dall’investimento effettuato da il governo spagnolo. Coloro che non si collegano alla rete possono affrontare fino a una multa di 30 milioni di euro ($ 40 milioni di dollari).
limitazioni
Inquinamento ed energia nella produzione fotovoltaica
Il fotovoltaico è stato un metodo ben noto per generare elettricità pulita e priva di emissioni. Gli impianti fotovoltaici sono spesso costituiti da moduli fotovoltaici e inverter (che cambiano da CC a CA). I moduli fotovoltaici sono costituiti principalmente da celle fotovoltaiche, che non ha alcuna differenza fondamentale nel materiale per la produzione di chip per computer. Il processo di produzione di celle fotovoltaiche (chip informatici) è ad alta intensità energetica e comporta sostanze chimiche tossiche altamente tossiche e ambientali. Ci sono pochi impianti di produzione fotovoltaica in tutto il mondo che producono moduli fotovoltaici con energia prodotta da PV. Questa misura riduce notevolmente l’impronta di carbonio durante il processo di produzione. La gestione delle sostanze chimiche utilizzate nel processo di produzione è soggetta alle leggi e ai regolamenti locali delle fabbriche.
Impatto sulla rete elettrica
Con i crescenti livelli dei sistemi fotovoltaici sul tetto, il flusso di energia diventa bidirezionale.Quando c’è più generazione locale che consumo, l’elettricità viene esportata nella rete. Tuttavia, la rete elettrica tradizionalmente non è progettata per gestire il trasferimento di energia a 2 vie.Pertanto, potrebbero verificarsi alcuni problemi tecnici. Ad esempio, nel Queensland in Australia, ci sono più del 30% di famiglie con fotovoltaico sul tetto entro la fine del 2017. La famosa curva antropomorfa 2020 della California appare molto spesso per molte comunità dal 2015 in poi. Un problema di sovratensione potrebbe venire fuori dal flusso di elettricità da queste case fotovoltaiche verso la rete. Esistono soluzioni per gestire il problema della sovratensione, come la regolazione del fattore di potenza dell’inverter fotovoltaico, nuove apparecchiature di controllo della tensione e dell’energia a livello del distributore di elettricità, conduttore dei cavi elettrici, gestione del lato di domanda, ecc. Spesso ci sono limitazioni e costi relativi a queste soluzioni.
Implicazione sulla gestione della bolletta elettrica e sugli investimenti energetici
Non esiste un punto d’argento nell’elettricità o nella domanda di energia e nella gestione delle bollette, perché i clienti (siti) hanno situazioni specifiche diverse, ad esempio diverse esigenze di comfort / convenienza, diverse tariffe dell’elettricità o diversi modelli di utilizzo. La tariffa dell’elettricità può avere alcuni elementi, come l’accesso giornaliero e la carica di misura, la carica energetica (basata sul kWh, MWh) o la carica di picco della domanda (ad esempio un prezzo per il massimo consumo energetico di 30 minuti in un mese). Il fotovoltaico è un’opzione promettente per ridurre la carica energetica quando il prezzo dell’elettricità è ragionevolmente alto e in continuo aumento, come in Australia e in Germania. Tuttavia, per i siti con una tariffa di picco della domanda, il fotovoltaico potrebbe essere meno attraente se le richieste massime si verificano soprattutto nel tardo pomeriggio fino a prima serata, ad esempio nelle comunità residenziali. Nel complesso, gli investimenti energetici sono in gran parte una decisione economica ed è meglio prendere decisioni di investimento basate sulla valutazione sistematica delle opzioni in termini di miglioramento operativo, efficienza energetica, generazione in loco e stoccaggio di energia.