Una centrale fotovoltaica sul tetto o un impianto fotovoltaico sul tetto è un sistema fotovoltaico con i suoi pannelli solari che generano elettricità montati sul tetto di un edificio o di una struttura residenziale o commerciale. I vari componenti di tale sistema comprendono moduli fotovoltaici, sistemi di montaggio, cavi, inverter solari e altri accessori elettrici.

I sistemi montati sul tetto sono piccoli rispetto alle centrali fotovoltaiche montate a terra con capacità nel campo dei megawatt. I sistemi fotovoltaici su tetto negli edifici residenziali hanno tipicamente una capacità di circa 5-20 kilowatt (kW), mentre quelli montati su edifici commerciali raggiungono spesso 100 kilowatt o più.

Installazione
L’ambiente urbano fornisce una grande quantità di spazi sul tetto vuoti e può intrinsecamente evitare il potenziale uso del suolo e le preoccupazioni ambientali. La stima dell’irraggiamento solare sul tetto è un processo sfaccettato, poiché i valori di insolazione nei tetti sono influenzati dai seguenti fattori:

Periodo dell’anno
Latitudine
Condizioni meteo
Pendenza del tetto
Aspetto del tetto
Ombreggiamento da edifici adiacenti e vegetazione
Esistono vari metodi per calcolare i potenziali sistemi di copertura solare fotovoltaica, compreso l’uso di Lidar e di ortofoto. Modelli sofisticati possono persino determinare le perdite di ombreggiamento su vaste aree per lo sviluppo fotovoltaico a livello comunale.

Meccanismo di tariffa feed-in
In una centrale fotovoltaica su tetto collegata alla rete, l’elettricità generata può a volte essere venduta all’utenza elettrica di servizio per l’uso altrove nella rete. Questa disposizione fornisce il rimborso dell’investimento dell’installatore. Molti consumatori da tutto il mondo stanno passando a questo meccanismo a causa delle entrate generate. Una commissione di pubblica utilità di solito stabilisce la tariffa che l’utility paga per questa elettricità, che potrebbe essere al tasso di vendita al dettaglio o alla tariffa all’ingrosso più bassa, influenzando notevolmente il recupero dell’energia solare e la domanda di installazione.

Il FIT come è comunemente noto ha portato ad una espansione nel settore solare fotovoltaico in tutto il mondo. Migliaia di posti di lavoro sono stati creati attraverso questa forma di sussidio. Tuttavia può produrre un effetto bolla che può scoppiare quando viene rimosso il FIT. Ha anche aumentato la capacità di produzione localizzata e generazione embedded riducendo le perdite di trasmissione attraverso le linee elettriche.

Sistemi ibridi
Una centrale fotovoltaica su tetto (sia in rete che fuori rete) può essere utilizzata in combinazione con altri componenti di potenza come generatori diesel, turbine eoliche, batterie ecc. Questi sistemi di energia ibrida solare possono essere in grado di fornire una fonte di energia continua.

vantaggi
Gli installatori hanno il diritto di alimentare l’elettricità solare nella rete pubblica e quindi ricevono una tariffa premium ragionevole per kWh generato che riflette i benefici dell’elettricità solare per compensare gli attuali costi aggiuntivi dell’elettricità fotovoltaica.

svantaggi
Un sistema di alimentazione elettrica che contiene un contributo del 10% dalle stazioni fotovoltaiche richiederebbe un aumento del 2,5% della capacità di controllo della frequenza di carico (LFC) rispetto a un sistema convenzionale [gergo] – in questione che può essere neutralizzato utilizzando sincronizzatori nel circuito CC / CA del sistema fotovoltaico. Il costo di pareggio per la produzione di energia fotovoltaica è stato rilevato nel 1996 relativamente elevato per livelli di contribuzione inferiori al 10%. Le proporzioni più elevate della produzione di energia fotovoltaica offrono minori costi di pareggio, ma le considerazioni economiche e LFC impongono un limite massimo di circa il 10% ai contributi fotovoltaici ai sistemi di alimentazione complessivi.

Sfide tecniche
Ci sono molte sfide tecniche per l’integrazione di grandi quantità di sistemi fotovoltaici sul tetto nella rete elettrica. Per esempio:

Flusso di corrente inverso
La rete elettrica non è stata progettata per un flusso di corrente a due vie a livello di distribuzione. Gli alimentatori di distribuzione sono generalmente progettati come un sistema radiale per il flusso di energia a senso unico trasmesso su lunghe distanze dai generatori centralizzati di grandi dimensioni ai carichi del cliente alla fine dell’alimentatore di distribuzione. Ora con la generazione di PV solare localizzata e distribuita sui tetti, il flusso inverso fa sì che l’energia fluisca verso la sottostazione e il trasformatore, causando sfide significative. Ciò ha effetti negativi sul coordinamento della protezione e sui regolatori di tensione.

Tariffe di rampa
Le rapide fluttuazioni della generazione da impianti FV a causa di nuvole intermittenti causano livelli indesiderabili di variabilità della tensione nell’alimentatore di distribuzione. Ad alta penetrazione del fotovoltaico sul tetto, questa variabilità della tensione riduce la stabilità della griglia a causa dello squilibrio transitorio nel carico e nella generazione e fa sì che la tensione e la frequenza superino i limiti impostati se non contrastati dai controlli di potenza. Cioè, i generatori centralizzati non possono accelerare abbastanza velocemente per adeguarsi alla variabilità dei sistemi FV causando disadattamento di frequenza nel sistema vicino. Questo potrebbe portare a blackout. Questo è un esempio di come un semplice sistema fotovoltaico sul tetto localizzato può influire sulla rete elettrica più grande. Il problema è parzialmente mitigato dalla distribuzione di pannelli solari su un’ampia area e dall’aggiunta di storage.

Costo
Prezzi del sistema fotovoltaico residenziale (2013)

Nazione	Costo ($ / W)
Australia	1.8
Cina	1.5
Francia	4.1
Germania	2.4
Italia	2.8
Giappone	4.2
Regno Unito	2.8
stati Uniti	4.9
Per i sistemi fotovoltaici residenziali nel 2013

Prezzi del sistema fotovoltaico commerciale (2013)

Nazione	Costo ($ / W)
Australia	1.7
Cina	1.4
Francia	2.7
Germania	1.8
Italia	1.9
Giappone	3.6
Regno Unito	2.4
stati Uniti	4.5
Per i sistemi fotovoltaici commerciali nel 2013

A metà degli anni 2000, le società solari utilizzavano diversi piani di finanziamento per clienti come leasing e accordi di acquisto di energia. I clienti potrebbero pagare i loro pannelli solari in un arco di anni e ottenere aiuto con i pagamenti dai crediti dei programmi di misurazione della rete. A partire da maggio 2017, l’installazione di un sistema solare sul tetto costa in media $ 20.000. In passato, era più costoso.

Utility Dive ha scritto: “Per la maggior parte delle persone, aggiungere un sistema solare in cima ad altre fatture e priorità è un lusso” e “le aziende solari sul tetto soddisfano le parti più ricche della popolazione americana”.

La maggior parte delle famiglie che ricevono pannelli solari sono “reddito medio-alto”. Il salario medio della famiglia per i clienti solari è di circa $ 100.000.

Tuttavia, “un numero sorprendente di clienti a basso reddito” è apparso in uno studio sugli acquisti di reddito e sistema solare. “Sulla base dei risultati dello studio, i ricercatori di GTM stimano che i quattro mercati solari includano più di 100.000 installazioni in proprietà a basso reddito”.

Un rapporto pubblicato nel giugno 2018 dalla Consumer Energy Alliance (CEA) che analizzava gli incentivi solari statunitensi ha mostrato che una combinazione di incentivi federali, statali e locali, insieme al decremento del costo netto di installazione dei sistemi fotovoltaici, ha causato un maggiore utilizzo di tetti solari attraverso la nazione. Secondo Daily Energy Insider, “Nel 2016, la capacità del solare fotovoltaico residenziale è cresciuta del 20 percento rispetto all’anno precedente, il costo medio installato del solare residenziale, nel frattempo, è sceso del 21 percento a $ 2,84 per watt-cc nel primo trimestre di 2017 rispetto al primo trimestre 2015. ” In effetti, in otto stati esaminati dal gruppo, gli incentivi statali complessivi per l’installazione di un impianto solare fotovoltaico sul tetto hanno effettivamente superato il costo di tale operazione.

Prospettive future
La missione solare nazionale di Jawaharlal Nehru del governo indiano sta pianificando di installare sistemi solari fotovoltaici connessi alla rete di utilità, compresi i sistemi fotovoltaici su tetto con una capacità combinata di fino a 100 gigawatt entro il 2022.