Come si crea un parco fotovoltaico

La produzione di energia da fonti rinnovabili continua a crescere in tutto il mondo. Secondo le stime dell’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA), entro la fine del 2023 nel mondo verrà installata nuova potenza green per 450 GW, due terzi dei quali per mezzo di impianti fotovoltaici. Ma come si costruisce un impianto fotovoltaico? E come si installa un pannello solare? E come funziona un impianto di questo tipo? Gli elementi principali di un parco fotovoltaico Ogni parco solare è diverso per dimensioni, geometria, morfologia del terreno e potenza installata, ma gli elementi principali sono sempre gli stessi. Pannelli fotovoltaici: sono dispositivi formati da un modulo o insieme di moduli fotovoltaici collegati ad una struttura di supporto. Moduli fotovoltaici: sono dispositivi costituiti da celle fotovoltaiche in grado di convertire l'energia solare in energia elettrica. Le celle consentono la conversione diretta della radiazione solare in energia elettrica, sfruttando l'effetto fotoelettrico, e costituiscono l'elemento base dell'impianto fotovoltaico. Tracker: supporti mobili su cui sono montati i pannelli, in grado di orientarli in base all’inclinazione dei raggi solari, aumentando la potenza della radiazione solare captata al fine di massimizzare la produzione di energia elettrica; Inverter: strumenti che trasformano la corrente continua prodotta (CC) in corrente alternata (CA); Trasformatore: dispositivo in grado di innalzare la tensione prima dell’immissione in rete; Strade di accesso e opere di drenaggio: utili per attività di ispezione e monitoraggio e per proteggere l’impianto in caso di piogge e allagamenti; Cavidotto: il cavo posato in scavo che collega l’impianto alla cabina primaria del gestore della rete elettrica. Le fasi per la costruzione di un parco solare Prima dell’apertura del cantiere si svolgono le fasi autorizzative (ad esempio attraverso le conferenze dei servizi), in cui gli enti coinvolti autorizzano la costruzione dell’impianto e eventualmente emettono determinate prescrizioni sul progetto. Per esempio, la Soprintendenza Archeologica può richiedere lo svolgimento di saggi archeologici sul campo oppure possono prescrivere la presenza di un archeologo in cantiere. A questa fase seguono le attività preliminari all’apertura del cantiere, come la verifica di assenza di ordigni bellici e i test necessari alla progettazione (esempio i test sismici, geologici e geotecnici per verificare le caratteristiche del terreno). L’apertura del cantiere vera e propria inizia con la cantierizzazione, che consiste nella realizzazione di strade d’accesso, l’installazione degli uffici provvisori e servizi igienici ecc., a cui segue la costruzione delle opere civili, tra cui prioritarie le opere di drenaggio, come canali di scolo e vasche di laminazione, che sono essenziali per proteggere un impianto da semplici piogge o eventi alluvionali. In questa fase avviene anche il cosiddetto “movimento terra”, che ha lo scopo di rimodellare il terreno in funzione della costruzione. A questo punto partono le installazioni meccaniche, divise in tre fasi: La prima è l’infissione dei pali del tracker, che generalmente avviene, grazie alla macchina battipalo che batte i pali nel terreno fino a una lunghezza determinata in fase di progettazione esecutiva. La seconda fase consiste nel completamento dell'installazione del tracker al di sopra dei pali, che si fa manualmente, con il supporto di muletti per il sollevamento. Esistono tipologie diverse di tracker in base al numero di moduli che devono muovere. La terza fase è l’installazione dei pannelli fotovoltaici. Anche qui si opera manualmente e una squadra di quattro persone può posare 250 pannelli al giorno. Per permettere una buona resa della produzione è essenziale individuare in fase di progettazione la distanza ottimale tra i tracker in modo che i moduli fotovoltaici siano liberi di inseguire il movimento del sole nell’arco della giornata mantenendo l’orientamento del tracker il più perpendicolare possibile ai raggi solari con l’obiettivo di non generare ombre che danneggino la capacità ricettiva. Tutte le attività descritte sono facilitate dal preassemblaggio di molti elementi, che viene svolto in un’area apposita da squadre dedicate per fare in modo che sul campo resti da completare solo l’assemblaggio finale. Poi è il momento dell’installazione elettrica, in cui vengono predisposti i cablaggi, le terminazioni, e i collegamenti elettrici. In particolare, uno o più moduli vengono collegati in serie a formare stringhe. Serve molta precisione, anche perché i cavi di stringa possono confluire nelle string box per ottimizzare la quantità di cavo installato e aumentare l’affidabilità del sistema. L’ultima e decisiva fase è il commissioning, che si divide in “cold” e “hot”. Nel primo passaggio si eseguono tutte le prove elettriche prima del collegamento alla rete elettrica. In seguito, si mette in tensione l’impianto a ritroso, cioè partendo dalla rete elettrica fino ai moduli, sotto la supervisione del Commissioning Manager. Da questo momento, parte la produzione di energia. Come funziona un impianto fotovoltaico a terra Per il funzionamento di un impianto fotovoltaico, tutto parte dai moduli che convertono l'energia ricevuta dal sole in energia elettrica sfruttando il cosiddetto effetto fotovoltaico. I moduli fotovoltaici sono composti principalmente da un materiale semiconduttore, il silicio, che è uno dei minerali più diffusi sulla Terra e quindi di facile reperimento. Quando parliamo di semiconduttori, ci riferiamo a materiali che possono diventare conduttori di energia quando gli atomi che li compongono ricevono una sufficiente quantità di energia in grado di mettere gli elettroni in conduzione. Nel caso dei moduli fotovoltaici, l’energia arriva dal sole sotto forma di fotoni. Quando quest’energia è tale da permettere all’elettrone del silicio di rompere il legame a cui è legato e passare in conduzione, si verifica l’effetto fotovoltaico. I semiconduttori come il silicio hanno pochi elettroni liberi e quindi bassa conduttività. Per aumentarla si utilizzano tecniche di drogaggio dei cristalli di silicio, dove all’interno del cristallo vengono inserite “impurità”, come atomi di fosforo o boro che hanno un numero di elettroni diverso dal silicio. In questo modo si ottengono elettroni che non si accoppiano saldamente agli elettroni dell’altro atomo e quindi sono liberi di muoversi e condurre energia. Le celle solari si ottengono alternando strati diversi di cristalli di silicio drogati, di solito con una giunzione p-n che mette in relazione silicio drogato al boro (p, cioè positivo) con silicio drogato al fosforo (n, cioè negativo), creando così un campo elettrico che fornisce una direzione preferita agli elettroni in movimento. In questo modo, quando un fotone colpisce una di queste zone di giunzione con energia sufficiente, rompe il legame p-n liberando elettroni che si muoveranno lungo un certo percorso e quindi si potrà prelevare l’elettricità che si è creata. Ognuna delle celle così costituite può produrre una debole tensione, attorno a 0.5 - 0,6V. Un modulo fotovoltaico è composto da tante celle solari collegate, più moduli solari collegati tra loro in serie costituiscono le stringhe fotovoltaiche. Più stringhe collegate tra loro in parallelo formano il generatore solare o campo fotovoltaico. L’inverter ha la funzione di trasformare la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata. Ne esistono di diversi tipi, i più comuni sono gli inverter centralizzati e quelli a stringa. Le stringhe possono essere collegate tra loro tramite string box e convergere nell’inverter centralizzato oppure direttamente allo string inverter. Il discriminante fra queste due tipologie di inverter è la potenza. Un inverter centralizzato è molto grande, raccoglie potenza da 1 a 4 MW, cioè una parte di campo solare molto grande; gli inverter di stringa gestiscono potenze molto inferiori (150/300 kW), possono essere disposti sul campo vicini alle stringhe riducendo lunghezze dei cavi e dispersioni. È poi necessaria un’ulteriore conversione di tensione rispetto a quella dell’inverter. Questo, infatti, lavora in bassa tensione (fino a 1000V in corrente alternata), ma, quando entrano in gioco potenze elevate, è necessario passare a media tensione (da 10 a 40 kV) attraverso un trasformatore. Negli impianti più piccoli (fino a circa 10MW), dal trasformatore si passa direttamente alla cabina di consegna dove l’energia viene immessa nella rete di distribuzione; negli impianti di grande dimensione è invece necessario passare da una sottostazione elettrica che raccoglie le linee di media tensione e le convoglia verso un grande trasformatore che porta la corrente da media ad alta tensione, cioè fino a 120/220 kV, prima di essere immessa in rete. A oggi l’efficienza di un impianto fotovoltaico arriva al 24% circa. Significa cioè che la tecnologia consente di trasformare in elettricità un quarto dell’energia solare ricevuta dai moduli.

{{ currentMenugamenu.label }}

{{ currentSubMenugamenu.label }}

{{ card.title }}

{{ currentSubMenugamenu.numbers.title }}

Come si costruisce e come funziona un campo fotovoltaico

Come si costruisce e come funziona un campo fotovoltaico