Dopo una lunga serie di post su argomenti differenti, quest’oggi riprendiamo per un post “una tantum” un argomento trattato ampiamente in diversi post (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10), ovvero l’Energia dal Sole, in particolare vorrei discutere di una soluzione particolare che sta venendo pubblicizzata da parte di una celebre azienda Italiana, soluzione che consiste nella produzione combinata di energia elettrica e termica mediante l’impiego di pannelli fotovoltaici raffreddati.
ENERGIA FOTOVOLTAICA – RICHIAMI
Avendone parlato in precedenza in maniera piuttosto ampia appare inutile e complesso riportare in questo post quanto già detto, ma alcuni richiami sul funzionamento dei pannelli fotovoltaici appaiono necessari.
Una cella fotovoltaica (ovvero l’unità base che poi verrà assemblata con altre per costituire il pannello) sfrutta l‘effetto fotoelettrico per produrre energia elettrica a partire dall’energia contenuta nella radiazione solare.
Ai capi della singola cella si misurerà quindi una differenza di potenziale (Tensione) che dipenderà dalle caratteristiche della cella e della radiazione solare incidente.
Di tutta la radiazione (in termini di lunghezza d’onda) solo una parte viene sfruttata dai pannelli in funzione delle loro caratteristiche costruttive, in particolare il silicio cristallino è sensibile a partire dal campo visibile fino al campo infrarosso, mentre il silicio amorfo a tripla giunzione è in grado di sfruttare una banda più estesa, anche se la maggiore quantità di energia irraggiata dal Sole si concentra comunque tra il visibile e l’infrarosso compresi.
Per ottenere una tensione adeguata all’impiego si collegano più celle su un unico supporto, collegate tra loro in un mix tra serie e parallelo, in modo da poter ottenere tensioni e (una volta chiuso il circuito su un carico) correnti adeguate.
Tale “assieme” di celle interconnesse in un’unica struttura di supporto prende il nome di Pannello Fotovoltaico, e rappresenta l’unità fotovoltaica unitaria che si può acquistare.
Come si ricorderà chi segue la rubrica da tempo, un modulo fotovoltaico presenta un rendimento legato alla temperatura del modulo stesso, e per tale motivo spesso impianti installati in zone fredde si trovano ad operare con valori del rendimento superiori rispetto ad analoghi impianti installati in zone geograficamente più calde.
Il rendimento di un modulo fotovoltaico è dato da:
ηM,EFF = ηM(1-B(TC – Trif))
dove ηM,EFF indica il rendimento effettivo del modulo fotovoltaico, ηM il rendimento fornito dal costruttore, B indica il coefficiente di scambio termico del pannello, Tc indica la temperatura operativa della cella e Trif la temperatura di riferimento (25°C) alla quale è stato valutato il rendimento dal produttore.
Tc si valuta mediante la seguente relazione, che tiene conto anche della temperatura nominale operativa della cella (NOCT) e della temperatura dell’aria (TARIA):
Tc = (219 + 832K)(NOCT – 20)/800 + TARIA
FOTOVOLTAICO E RAFFREDDAMENTO DEI PANNELLI
Dalla relazione precedente si comprende come sia conveniente ai fini del rendimento che la temperatura del modulo rimanga sufficientemente bassa, possibilmente alla temperatura di riferimento.
Raffreddando il modulo mediante un sistema di raffreddamento il cui fluido vettore sia acqua, risulta inoltre possibile recuperare il calore sottratto per destinarlo ad altri impieghi, come ad esempio la produzione di acqua calda sanitaria.
Se da una parte l’idea appare geniale, dall’altra parte è comunque necessario valutare attentamente le caratteristiche di questa soluzione che, nei fatti, mi risulta non essere esclusiva della famosa ditta Italiana (io stesso tempo anni fa lessi una pubblicazione scientifica sull’argomento).
Questa soluzione non è però esente da problematiche, in quanto l’asportazione del calore tramite circolazione del fluido porta i singoli moduli a non operare ad una temperature uniforme nel caso di circuito idraulico in serie su tutti i moduli e stringhe, infatti in questo caso si avrebbe un fluido freddo che lungo il percorso incrementa la sua temperatura con una consistente riduzione della capacità di assorbire calore dovuta alla ridotta differenza di temperatura tra fluido e cella, pertanto si avrebbe un sistema elettricamente squilibrato.
Nel caso invece nel quale tutte le connessioni tra moduli avvenissero in parallelo si avrebbe una temperatura dell’acqua troppo bassa per usi sanitari del flusso essendo la potenza assorbita troppo esigua.
IL TETTO D’ORO ACQUA LUCE – TRA PUBBLICITA’ ED INFORMAZIONE
Nella rubrica ho parlato ampiamente del solare, illustrandone pregi e difetti e mantenendo la discussione sempre sul piano puramente tecnico, in quanto la conoscenza non condizionata da slogan rappresenta il modo per potere utilizzare le cose per quello che possono offrire, pertanto in presenza di un forte spot pubblicitario e dichiarazioni della stessa azienda fortemente “di parte” mi trovo ad invitare tutti a valutare sempre attentamente le cose, perché basarsi su semplici dichiarazioni di chi vende qualcosa è analogo a credere ciecamente al giudizio dell’oste sul vino, infatti basandosi sugli spot e sulle dichiarazioni del produttore quella proposta appare una soluzione in grado di azzerare o ridurre drasticamente “a costo zero” la bolletta elettrica e le spese per l’acqua calda sanitaria, condizione questa che per venire soddisfatta realmente richiederebbe il soddisfacimento di una serie di requisiti in termini di superficie e disposizione della stessa difficilmente raggiungibili in un normale contesto urbano, così come evidente dai post precedenti sul fotovoltaico, senza dimenticare che l’energia immessa in rete viene acquistata ad un prezzo superiore a quello ordinario per kWh, con conseguente aggravio nel costo dell’energia per la collettività, effetto che viene sempre omesso ma che purtroppo rappresenta qualcosa di reale.
Con questo è tutto, vi saluto e vi rinnovo l’appuntamento a lunedì prossimo, sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.
Non è la potenza assorbita ad essere bassa nel caso di raffreddamento dei moduli in parallelo. Ovviamente la potenza termica scambiata con i pannelli è sempre quella, perché quella è la potenza termica che questi assorbono dal sole.
Se i moduli vengono raffreddati in parallelo dando ad ognuno la portata di fluido che si aveva nel raffreddamento in serie, la temperatura che si ottiene è più bassa, e inadatta all’uso sanitario (ci vogliono almeno 40-50 gradi, considerando che l’acqua sarà usata per riscaldare un vaso d’accumulo che trovandosi a temperature inferiori a quelle suddette dovrà comunque essere postriscaldato per ottenere una doccia calda.
40-50 gradi vuol dire pannelli a 50-60, e di conseguenza rendimento elettrico comunque ridotto… con tutte le complicazioni d’impianto che ne derivano.
Allora devo dare una portata d’acqua ridotta, lasciare le celle a 60-70 gradi, ottenere acqua a 50-60 e con questa produrre acqua sanitaria. Ma a quel punto, considerato che nella catena qualche cella si troverà a 70 gradi e che il rendimento del modulo è pari a quello della cella più bassa… Tanto valeva tenersi i moduli com’erano e ventilarli posteriormente per convezione non facendoli aderire al tetto.
Esattamente. I pannelli solari termici devono lavorare a temperature abbastanza elevate, anche per mantenere l’accumulo ad almeno 70°C per debellare la legionella.
Inoltre nel panorama normativo italiano che fa acqua da tutte le parti, già è difficile ottenere una simulazione consistente per dimostrare quanta energia sia possibile coprire mediante solare termico con un pannello tradizionale, figuriamoci un sistema di questo tipo dove la radiazione è assorbita da un pannello in silicio, ma solo in parte ed in funzione dell’invecchiamento.
Non li vedo un aggeggio sensato.
Ho letto poco, ma veramente due cose, sui tentativi di applicare al retro del pannelli FV dei generatori termoelettrici tipo peliter per intenderci, e lì almeno in linea teorica vedo più “senso” perchè il pannello rimane comunque elettrico, ed è sempre buona norma che le mani negli impianti elettrici le metta l’elettricista e negli impianti idraulici le metta l’idraulico.
Una ulteriore considerazione è che in italia viene richiesto un minimo di 1 kWp per unità abitativa ed il 50% di copertura della spesa energetica per produzione di ACS mediante fonti rinnovabili o assimilate, normalmente solare termico (anche pdc ad alta efficienza ma non sono applicabili ovunque).
Questi due parametri sono soddisfatti da superfici captanti differenti quindi unendoli si sovradimensionerebbe l’uno o l’altro impianto, a volte in maniera ingente.
Per impianti non monofamiliari ma un tantino complessi è poi proprio demenziale intallare un terminale che non si sa se rientri negli impianti elettrici o in quelli meccanici con i conseguenti casini in termini di oneri e manutenzione.
Bocciato in pieno.
@ papafoxtrot
Sono stato impreciso nella spiegazione ma non volevo dilungarmi su quel fattore, bensì solamente evidenziare che in un caso hai l’impianto squilibrato, nell’altro hai la temperatura dell’acqua troppo bassa… in entrambi i casi hai problemi…
Non potrebbe avere senso una soluzione dove sullo stesso pannello vengono disposti a file orizzontali serie di microcelle fotovoltaiche e microtubi ad assorbimento termico, una cosa del tipo:
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ciascuna struttura è indipendente dall’altra, così non ci sono problemi di surriscaldamento delle celle fotovoltaiche e l’acqua verrebbe riscaldata uniformemente alla stessa temperatura lungo tutto il circuito idraulico.
Ditemi se ho detto una fesseria :D
@ Giacomo
Non so quanta radiazione supererebbe il primo strato, ma dubito si tratterebbe di una quantità tale da meritare tutto questo aggravio di costi e di complessità…
@ Simone
non si tratterebbe di sovrapporre le due strutture, ma di affiancarle sullo stesso piano alternandole, per cui lo spettro energetico raggiungerebbe in modo uniforme tutto il piano del pannello..
@ Giacomo
In tal caso non sfrutteresti tutta la superficie disponibile per il fotovoltaico, il più “affamato” di esposizione, e non risolveresti il problema dell’uniformità di raffreddamento
quindi dovrebbe aumentare la superficie del pannello.. capito.
Ottimo post ed ottime spiegazioni. Ma alla gente comune mica entrano in testa ste cose…. Io ho fatto(da me) un impianto da 20 kWp sul tetto di casa mia e i pannelli si raffreddano per convenzione, con un “canale” artificiale dove passa l’aria. Sembra tecnico dalle parole ma ho fatto come diceva arkanoid: i pannelli sono rialzati dalla superficie del tetto che poi ho sigillato da due lati. Per quanto riguarda le celle di peltier per quanto ne so io i problemi attuali sono legati al prezzo ed alla difficoltà di raggiungere tensioni accettabili…
@ Nicola
Buona soluzione, ma immagino che l’impianto risulti parzialmente integrato… e comunque il livello di raffreddamento risulta inferiore rispetto a quello ottenibile con un sistema ad hoc…
Bhe insomma ecco cosa succede quando si tolgono i fondi per la ricerca….
Lo stato ci lascia completamente in balia di noi stessi e dei rischi delle nostre azioni, senza tutelarci da truffe e da investimenti o scelte sbagliate!
Poi visto che sul piano energetico l’Italia è una vera chiavica, lasciano campo libero agli speculatori e delegano il rischio d’impresa ai privati cittadini che credono alle favole dell’incentivo su tutta l’energia prodotta; invece l’energia incentivata, è solo quella auto-consumata… poi la differenza del sovrapproduzione dovrà essere auto-consumata entro la fine della durata dell’incentivo o, a scelta ceduta alla rete al prezzo reale di mercato…….. QUINDI IL PRIVATO SARà COSTRETTO A DIVENTARE IMPRENDITORE E ASSUMERSI TUTTI I RISCHI D’IMPRESA TUTTO A VANTAGGIO DELLE AZIENDE DI GESTIONE E DISTRIBUZIONE CHE SU QUESTO “Cavillo” CI GUADAGNERANNO A SCAPITO DELL’UTENTE FINALE!
INSOMMA UNA TUFFA MOLTO ARGUTA… molta facile da aggirare se non caschiamo nelle favole che ci raccontano di facili guadagni e dimensioniamo l’impianto leggermente al disotto dei nostri consumi… come ad esempio se si consumano 3500Kwh all’anno io non andrei oltre ad un impianto che produca 2500Kwh all,anno….
Poi in 20-25 anni chi ci dice che magari dopo 7-8 anni ci si compra un’altra casa e ci si trasferisce senza pensare che l’impianto elettrico non consumerà più neanche 2500Kw in tutto l’anno?
Insomma come dico, con questa storia degli incentivi si sposta il RICHIO D’IMPRESA a Cittadni IGNARI delle implicazioni e deboli di fronte alle multinazionali dell’energia che fanno il prezzo e speculano sulla loro ignoranza e la incapacità di aver un peso sulle decisioni … fissando regole capestro che rigirano la frittata sempre in favore dei GRANDI Produttori come ENEL ecc…
E poi Socialmente è davvero un ladrocinio… infatti l’incentivo è pagato dallo stato prelevando i soldi con speciali tariffe che gonfiano le bollette di tutti noi Utenti … Rubandoci i soldi per darli agli speculatori dell’energia! Un Vero Obbrobrio!
Comunque a quanto pare le tariffe incentivanti tenderanno a scemare e alla fine saranno ZERO!
E quando saranno ZERO il privato che farà?
Venderà nel mercato “Libero” assumendosi responsabilità che non avrebbe mai voluto come per esempio aprissi una partita iva per poi vendere l’energia al PREZZO che LORO non potranno FISSARE, ma saranno gli ENTI nazionali e sopranazionali che gli succhieranno energia dandogli in cambio una manciata di euro (qualche centesimo, una decina di centesimi massimo!)…. Che bella trovata la Tariffa Incentivante… pare quasi una Truffa Truffante!
Per questo forse è meglio dimensionare l’impianto alla metà a 3/4 dei consumi previsti in 20 anni e scordarsi di cambiare residenza lasciando sfitta o senza consumi la casa!
Gli incentivi FUNZIONANO SOLO SUI CONSUMI non SUL RISPARMIO DI ENERGIA! E questo ai nostri giorni è un controsenso anche in vista di probabili nuove tecnologie di risparmio energetico, come sono state le lampade a basso consumo e l’illuminazione a LED… e nel futuro ci saranno illuminazioni a Fibre ottiche, magari accede da remoto senza passare dal contatore della luce.
Insomma in un futuro in evoluzione BLOCCARE un impianto per 20 anni, per un Piccolo Privato che non può permettersi il dinamismo d’investimenti dei GRANDI, non è una SFIDA INTELLIGENTE, ma se non ben Calibrato, sarà sicuramente un suicidio Economico!
E qua la finisco … tanto credo di essere stato chiaro!
@ Elios
C’è un po’ di confusione in quanto dici… vedo un grande sfogo e certe cose che illustri sono corrette, ma altre no.
L’incentivo nasce perché da una parte c’è un obbligo nel ridurre le emissioni di CO2, dall’altro c’è un grande interesse sul solare, con una forte spinta degli ambientalisti, che per certi versi “costringe” la creazione degli incentivi… ho già parlato nei post vecchi sul solare (riportati come link in questo) del primo passaggio dal conto capitale al conto energia… è inevitabile che gli incentivi vadano diminuendo perché anche il costo di questi impianti diminuisce… inoltre dato che l’energia prodotta al netto degli incentivi è molto più costosa rispetto a quella tradizionale, per permettere uno sviluppo di questi impianti è stato necessario mettere tali incentivi… ma se da una mano dai dall’altra devi togliere, pertanto i maggiori costi si spalmano sulle bollette di tutti… poi nessuno è obbligato a restare vincolato una vita su questo impianto, l’incentivo non dura 20 anni… l’impianto si… e dal momento che vendi l’energia la devi vendere secondo le regole del libero mercato quando uscirai dalla “fascia protetta”… a meno di usarla tutta per il tuo fabbisogno…
Sulla questione del favore ai soliti grandi mi pare che tu parta da una posizione un po’ confusa… nessuno ti obbliga a vendere l’energia, tra l’altro l’idea che tra qualche anno i consumi domestici saranno ridotti è quasi un’utopia visto che si sono costantemente incrementati negli anni, capisco che si raggiungerà un limite e poi con il miglioramento degli elettrodomestici si potrà avere una riduzione, ma non credo che sarà così sensibile ed immediato…
Per quanto sia d’accordo con te sul fatto che intorno al solare ci sia una grande hype mediatico (fortemente sostenuto dagli ambientalisti, che personalmente ritengo abbiano spesso mostrato grande ignoranza in materia energetica) non mi trovo per niente d’accordo con le tue accuse generali…
Sono andato a controllare il prezzo chiavi in mano del tetto d’oro: circa 18000 € per un sistema di 3 KW di picco di pannelli al silicio policristallino e un serbatoio di 400 litri d’acqua che dubito si riesca a riscaldarla quanto basta. In fatti si dice che l’acqua è solo preriscaldata per la caldaia.
Non è carissimo, ma con gli stessi soldi potrei prendere pannelli al silicio monocristallino (a parità di superficie con più resa), 3,4 KW di picco (totale 15000 €);
ed un sistema di pannelli solari termici sottovuoto (che vanno bene anche d’inverno) e che mi scaldano sicuramente l’acqua del bollitore a 80-90 gradi.
La potenza installata maggiore mi farebbe incassare circa 200 € all’anno in più di incentivi del conto Energia. In più avrei sicuramente acqua calda gratis tutti i giorni che fa sole.
@ Simone Serra
Mi permetto di suggerire come schema del percorso della serpentina di scambio in modo da mantenere costante la temperatura in tutte le zone di tutti i pannelli lo schema che si adotta nei pannelli radianti a pavimento per avere la stessa temperatura in ogni zona del pavimento.
http://www.caleffi.us/it_IT/caleffi/Details/Handbooks/pdf/quaderno_4_it.pdf
(pag. 20 primo disegno)
Con tutti i pannelli collegati in parallelo ad un collettore
@Simone
Sicuramente i sistemi di raffreddamento ad hoc hanno una maggiore resa, ma hanno anche un maggior costo ed intruducono una variabile di complessità all’impianto. Per quanto riguarda gl incentivi, diciamo che è una materia un po’ delicata e si presta a molteplici considerazioni. Abbiamo obblighi europei e questo è assodato(pensate che l’italia voleva comprare quote verdi dall’estero….). Gli incentivi hanno creato un mercato, posti di lavoro e movimentato l’economia. Sempre meglio questi tipi di incentivi che non le storiche spese improduttive che abbiamo in italia(tipo gli incentivi all’editoria, incentivi a comprare carta…). Poi, come Simone saprà megli di me, il fotovoltaico non è mica la soluzione a tutto, ma almeno aiuta a ridurre un po’ i picchi sul diagramma di consumo giornaliero. Meglio avere un qualcosa che aiuta a tenere i grossi generatori “più bassi” per, che ne so, 200 giorni l’anno che non averne per niente…..l’energia la produco in loco invece di farmela mandare da 600 km di distanza. Io consumo in media 350 kWh al mese. Ho “acceso” l’impianto l’8 di gennaio, ad oggi mi ha prodotto 950 kWh di cui 145 li ho consumati io. Il resto lo vendo e approfitto dell’opportunità di guadagno datami dal conto energia. Però i 75000 euro per l’impianto li ho messi di taschina mia…
@ Nicola
considerando una media falsata di 1 Mw al mese (per almeno 6 mesi l’anno produrrai senz’altro di più) quando prevedi di andare in pari con la cifra spesa e iniziare a guadagnare?
@Giacomo
magari il mio impianto producesse 1 MWh al mese XD XD Ironia a parte, sicuramente volevi scrivere una media di 1000 kWh al mese. Quì al sud dove sono io, tenendo conto sia delle previsioni fatte con appositi software, sia studiando i vari impianti che abbiamo realizzato(quindi dati reali \sul campo\), possiamo ipotizzare che il mio impianto produca dai 24000 ai 27000 kWh all’anno. Quindi prendiamo 25000 kWh l’anno per farci i calcoli. Un po’ alla carlona, io considero un 0.50 euro al kWh come beneficio totale tra conto energia, vendita e risparmio in bolletta(per impianti totalmente integrati e magari su attività commerciali che consumano molto, i benefici sono anche maggiori), quindi siamo sui 12.500,00 euro all’anno. A fronte di una spesa di 75000 euro, 75000/12.500=6 anni. In circa 6 anni dovrei rientrare dalla spesa. Ovviamente sono conti grossolani, ma tieni conto che all’incirca è questo il tempo di rientro per un impianto fotovoltaico. Questi conti sono fatti considerando il vecchio conto energia, col nuovo i guadagni sono minori ma anche la spesa iniziale è minore, quindi il tempo di rientro rimane tendenzialmente invariato.
@ Nicola..
uhmm.. 1000 KW (1000×1000) non sono 1 MW (1.000.000 W)? :D
ps
comunque i tempi di rientro sono brevi.. interessante sia dal punto di vista economico che ecologico.
@Giacomo
ahahhaha hai ragione, che idiota che sono stato, svista enorme XD XD chiedo perdono ^_^.
Dal punto di vista economico è sicuramente un ottimo investimento. Dal punto di vista ecologico bisogna valutare con più attenzione la cosa. Se il fotovoltaico rimanesse confinato ai tetti delle abitazioni/industrie/esercizi commerciali(fino ad un 300-500 kWp) avrebbe anche senso ecologicamente parlando. A me non convince l’utilità “ecologica” del fotovoltaico sui grossi impianti dal MWp in su, quelli secondo me sono mera speculazione per arricchirsi con gli incentivi. Anche se, pragmaticamente parlando, andategli a dire ad un povero contadino del sud, che magari riesce a fittare il suo terreno per 5-6 mila euro l’anno ad ettaro con il fotovoltaico, che è meglio piantare ulivi o coltivare patate….oppure all’investitore che mettendo sul piatto 3-4 milioni di euro si ritrova con un rendimento del 10 %, manco speculando con Madoff li guadagna di sti tempi….
Quanta confusione. L’impiantistica e l’energetica non sono cose semplici, ogni volta che leggo sproloqui grillistici mi viene la pelle d’oca.
A parte le imprecisioni sulla redditività di un impianto FV, in linea di massima l’impianto va dimensionato sul consumo energetico su base annua dell’utilizzatore, e 3,4 kW sono normalmente troppi per una famiglia media, posto che mediamente un impianto produce da 1MWh a 1,3MWh/anno per kWp installato.
Infatti il legislatore ha tagliato l’obbligo su 1 kWp e non di più, anche perchè l’esborso diventa poi troppo impoartante (e a riguardo io solleciterei anche una verifica di costituzionalità)
@arkanoid
non credo che nessuno abbia mai detto che siano cose semplici, quì di Grillistico non c’è proprio nulla. Un conto è dimensionare un impianto per i consumi, un conto è “lo faccio come investimento”. Io ho solamente risposto alla domanda di un utente portando la mia(seppur misera) competenza ed esperienza. Tutto quà ^_^
p.s.
i dati che hai citato tu coincidono con i miei
Il fotovoltaico dal punto di vista economico ha rappresentato, e (non ho letto le nuove direttive in merito) credo rappresenti ancora un buon affare economicamente per chi possiede l’impianto… dal punto di vista ambientale trovo abbastanza inutile questo contributo… ritengo abbia senso fintanto che ci si limita ad impianti dimensionati sul bisogno medio delle utenze, gli impianti “di potenza” occupano superfici estremamente sproporzionate rispetto a quanto producono e contribuiscono sul sistema elettrico nazionale
@simone
la pensiamo allo stesso modo ^_^
Per quanto riguarda le nuove direttive, diciamo che rimane comunque ancora un ottimo investimento….il problema è che il monte massimo incentivabile previsto entro il 2020 è sato già raggiunto o_o