Centrali fotovoltaiche e razionalizzaizone dell'energia prodotta

Matteo ing. Sozzi 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tesi: Centrali solari fotovoltaiche e 
razionalizzazione energia prodotta 
Università : G.Marconi 
 
Master in produzione di energia da fonti fossili , 
nucleari, rinnovabili  
 
data: 21/10/2011  
 
1 
 
SOMMARIO 
Ringraziamenti ............................................................................................... 5 
Premessa ...................................................................................................... 6 
1 CONDIZIONI AMBIENTALI ITALIANE E BILANCIO ENERGETICO 
ITALIANO ...................................................................................................... 7 
1.1 I fabbisogni e le disponibilità di energia nel mondo ........................................................................... 7 
1.2 Premessa morfologiche e fabbisogno energetico Italiano storico ................................................... 10 
1.3 Bilancio energetico italiano, evoluzione ........................................................................................... 13 
1.4 Il fotovoltaico in Europa e nel mondo ............................................................................................... 17 
2 IL MERCATO FOTOVOLTAICO IN ITALIA ............................................ 21 
2.1 Il fotovoltaico in Italia ....................................................................................................................... 21 
2.2 La segmentazione del mercato fotovoltaico ..................................................................................... 23 
2.3 La diffusione commerciale delle tecnologie fotovoltaiche ............................................................... 28 
2.4 II volume d’affari del fotovoltaico in Italia ........................................................................................ 32 
2.5 Le marginalità .................................................................................................................................... 37 
2.6 Mercato del silicio ............................................................................................................................. 40 
3 DIMENSIONAMENTO MASSIMALE DEL CAMPO FOTOVOLTAICO ... 45 
3.1 Conversione fotovoltaica .................................................................................................................. 45 
3.1.1 Semiconduttori di tipo p e di tipo n .................................................................................... 46 
3.1.2 Caratteristica tensione-corrente del modulo .................................................................... 49 
3.1.2.1 Circuito equivalente della cella ........................................................................................ 50 
3.1.3 Algoritmi Del Maximum Power Point Tracking (MPPT) .................................................. 51 
3.1.3.1 Perturbare e osservare (P&O) ......................................................................................... 52 
3.1.3.2 Conduttanza incrementale (INC) ..................................................................................... 52

Matteo ing. Sozzi 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tesi: Centrali solari fotovoltaiche e 
razionalizzazione energia prodotta 
Università : G.Marconi 
 
Master in produzione di energia da fonti fossili , 
nucleari, rinnovabili  
 
data: 21/10/2011  
 
2 
 
3.1.3.3 Metodo a tensione costante .............................................................................................. 53 
3.1.4 Angolo di Tilt ........................................................................................................................ 54 
3.1.5 Angolo di Azimuth ............................................................................................................... 54 
3.1.6 Irraggiamento ...................................................................................................................... 56 
3.2 Dimensionamento dell’impianto fotovoltaico .................................................................................. 59 
3.2.1 Come dimensionarlo? .......................................................................................................... 60 
3.3 Pannello fotovoltaico la scelta .......................................................................................................... 62 
3.3.1 Pannelli in silicio cristallino .................................................................................................... 63 
3.3.1.1 Monocristallino: ................................................................................................................ 63 
3.3.1.2 Policristallino .................................................................................................................... 64 
3.3.1.3 Pannelli in film sottile ....................................................................................................... 65 
3.3.2 Prezzi dei pannelli per un MWp ......................................................................................... 68 
3.3.3 Stima di produzione elettrica fotovoltaica ......................................................................... 69 
3.4 Calcolo del ritorno dell’investimento (ROI) ...................................................................................... 74 
3.5 Ipotesi per aumentare il rendimento: L’impianto ideale al massimo rendimento ........................... 75 
3.6 Ipotesi per aumentare il rendimento: Il fotovoltaico a concentrazione naturale. ........................... 77 
3.6.1 Mercato del fotovoltaico a concentrazione ........................................................................ 79 
3.7 Alcune direzioni d’innovazione sulle tecnologie di prima e seconda generazione .......................... 84 
4 PARALLELLO ALLA RETE DI MEDIA TENSIONE ................................ 90 
4.1.1 Schemi tipici per la connessione......................................................................................... 92 
4.2 Misura dell’energia prodotta e scambiata con la rete ...................................................................... 93 
4.2.1 Esecuzione tecnica ............................................................................................................... 95 
4.2.2 Tipologie ............................................................................................................................... 95 
5 INVERTER SCELTA E DIMENSIONAMENTO ...................................... 96

Matteo ing. Sozzi 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tesi: Centrali solari fotovoltaiche e 
razionalizzazione energia prodotta 
Università : G.Marconi 
 
Master in produzione di energia da fonti fossili , 
nucleari, rinnovabili  
 
data: 21/10/2011  
 
3 
 
5.1 Inverter distribuiti ............................................................................................................................. 98 
5.2 Inverter centralizzati ......................................................................................................................... 99 
5.3 Quadro di parallelo stringhe lato DC............................................................................................... 100 
5.4 Scelta dei cavi .................................................................................................................................. 102 
5.4.1 Tipi di cavi ............................................................................................................................ 102 
5.4.2 Sezione e portata ................................................................................................................. 103 
5.4.3 Dimensionamento cavi di media tensione .......................................................................... 104 
5.4.4 Parametri da controllare al fine di ottimizzare il rendimento del campo fotovoltaico 106 
6 IL SOLARE TERMODINAMICO .......................................................... 107 
6.1 Tipi d’impianto e funzionamento .................................................................................................... 107 
6.1.1 Impianto a collettori parabolici lineari ............................................................................ 108 
6.1.2 Impianto a torre centrale .................................................................................................. 110 
6.1.3 Vantaggi e svantaggi .......................................................................................................... 111 
6.2 Il confronto con il mercato e le tecnologie del fotovoltaico ........................................................... 112 
7 GESTIONE FUTURA E POSSIBILI OBIETTIVI ................................... 114 
7.1 Quale sviluppo futuro? ................................................................................................................... 114 
7.1.1 Sviluppo delle tipologie d’impianto ..................................................................................... 116 
7.2 Fotovoltaico & smart grid? ............................................................................................................. 116 
7.3 Gestione energetica Italiana e indipendenza energetica ............................................................... 117 
8 CONCLUSIONI .................................................................................... 119 
8.1 Obiettivi ........................................................................................................................................... 119 
8.2 Metodologia applicata .................................................................................................................... 119 
8.3 Risultati ottenuti ............................................................................................................................. 120 
8.4 Considerazioni finali personali ........................................................................................................ 120

Matteo ing. Sozzi 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tesi: Centrali solari fotovoltaiche e 
razionalizzazione energia prodotta 
Università : G.Marconi 
 
Master in produzione di energia da fonti fossili , 
nucleari, rinnovabili  
 
data: 21/10/2011  
 
4 
 
Bibliografia ................................................................................................. 122