La sempre più diffusa coscienza ecologica e i recenti aumenti e sbalzi di prezzo dell’energia rendono sempre più interessante l’installazione di un impianto fotovoltaico. In media, per una famiglia tipo è possibile ridurre del 30% i costi in bolletta grazie all’autoconsumo dell’energia prodotta da un impianto fotovoltaico. Se l’impianto comprende un sistema di accumulo, la percentuale può salire fino al 70%. Facendo riferimento ai prezzi pubblicati da Arera per il servizio di tutela di un’utenza domestica, validi per il terzo trimestre 2022, si ha un risparmio in bolletta di 325 euro all’anno, una cifra che sale a 750 euro nel caso di installazione di una batteria di accumulo.
I moduli dell’impianto fotovoltaico possono essere collocati sul tetto, sulla facciata di un edificio o a terra. Per decidere dove installare i pannelli fotovoltaici è necessario tenere conto di diversi aspetti tecnici. Per quanto il posizionamento sul tetto sia la scelta più comune, bisogna tener presente che non tutti i tetti sono adatti al montaggio dei pannelli fotovoltaici. Si prestano particolarmente bene i tetti a falda e quelli piani, dove però è necessario montare una struttura portante che inclini i moduli. Le superfici curve, invece, non sono l’ideale.
Esistono diversi sistemi di fissaggio dei pannelli. Il più adatto va scelto in funzione del tipo di superficie, delle esigenze estetiche, del costo. Su un tetto inclinato dipende dal tipo di copertura (tegole oppure lastre) e se i pannelli possono stare sopra la copertura oppure devono essere a filo. Su un tetto piano e per un impianto fotovoltaico a terra servono strutture per tenere i moduli solari alla giusta inclinazione.
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Per ogni 2 kW di potenza installata sono necessari circa 6 moduli fotovoltaici da 370 W. Un tipico impianto domestico da 3 kW ne richiede 9 e necessita di circa 16 mq per essere installato su tetti a falde, di circa 25 mq per le superfici piane. La dimensione dei singoli moduli può variare da un produttore a un altro: in media un modulo fotovoltaico ha una lunghezza di circa 1,7 m e una larghezza di 1,1 m. La corretta esposizione deve essere verso sud – eventualmente sud-est o sud-ovest – e l’inclinazione della superficie dovrebbe essere compresa tra i 29° (Sud Italia) e i 35° (Nord Italia).
Il fissaggio sul tetto
Moltissimi impianti fotovoltaici di piccola taglia sono posti sui tetti degli edifici, in particolare delle abitazioni. L’installazione sul tetto, infatti, semplifica molto il rispetto delle norme relative ai vincoli paesaggistici. In pratica, i pannelli fotovoltaici sono fissati sul tetto tramite strutture in acciaio zincato a caldo o inox oppure con zavorre in cemento se il tetto è piano o molto poco inclinato.
Vediamo in dettaglio le diverse tipologie di un’installazione su tetto.
Tetto con onduline e coppi con funzione estetica
La tenuta all’acqua del tetto è assicurata dalle onduline, mentre i coppi hanno una funzione puramente estetica. Questi ultimi vanno rimossi dalla zona dove devono essere installati i moduli solari, che sono bloccati sulle onduline tramite rivetti, profili metallici e staffe (o morsetti) a cui sono agganciati i pannelli.
Tetto con tegole marsigliesi su soletta in cemento armato
Le tegole hanno la funzione di tenuta all’acqua e sono di solito vincolate tramite listelli di legno o metallo al cemento sottostante. Per evitare infiltrazioni, i moduli fotovoltaici sono fissati sopra le tegole, tramite guide in alluminio ancorate con staffe a Z o a C (che letteralmente girano intorno alla singola tegola), a loro volta bloccate alla soletta con tasselli. I fori per i tasselli non devono essere passanti, per evitare infiltrazioni. Per rispettare vincoli estetici e posizionare i moduli a filo con le tegole, queste ultime vanno rimosse e i pannelli solari devono essere dotati di scossaline e pluviali per incanalare l’acqua piovana in modo che non si infiltri sotto le tegole attorno.
Tetto con tegole marsigliesi e soletta in laterizio o legno
Anche in questa configurazione le tegole proteggono il tetto dall’acqua, quindi l’installazione dei pannelli fotovoltaici è simile a quella del caso precedente, ma è necessario fare attenzione alla posizione dei tasselli. Se il tetto è dotato di travi adeguate a sostenere l’impianto solare, si tolgono le tegole e al loro posto si mettono i moduli. Se non è così, si possono usare bulloni che attraversano da parte a parte i tavelloni, con piastre interne situate nel sottotetto. Quest’ultima soluzione è molto problematica se il sottotetto ha un rivestimento ed è abitabile.
Tetto in lamiera grecata
La copertura è costituita da lastre sandwich di lamiera da 0,6 mm e isolante da 8 – 12 centimetri. Le guide a cui vanno agganciati i pannelli sono fissate alla lamiera tramite staffe sagomate, fissate al tetto con rivetti ed eventualmente anche con adesivo. Nel caso di foratura della lamiera, è necessario posizionare guaine per impedire all’acqua e all’umidità di entrare nei fori.
Tetto piano
I tetti piani sono comuni nei casi di abitazioni moderne e di edifici industriali. Per l’installazione dei pannelli solari è necessario montare una struttura metallica (acciaio inox, zincato o alluminio) a binari che li inclini in maniera corretta. Per fissare le strutture metalliche al tetto si possono usare tasselli, i cui fori vanno sigillati per assicurare la tenuta stagna e impedire la formazione di umidità nell’ambiente sottostante. In alternativa ai tasselli si possono usare zavorre in cemento, che fanno da supporto al castello metallico o che possono sorreggere direttamente i moduli fotovoltaici, come è il caso dei prodotti Sun Ballast.
Gli impianti fotovoltaici a terra
Gli impianti solari a terra sono strutture in acciaio o in alluminio installate direttamente sul suolo. È la soluzione giusta per sfruttare terreni incolti e inutilizzati. Per l’installazione è necessario innanzitutto tenere conto di eventuali irregolarità del terreno, che vanno compensate con pali di altezza diversa. Le strutture di sostegno del pannelli fotovoltaici devono essere robuste, in modo da sopportare il vento e il peso della neve, inoltre devono essere resistenti all’umidità che sale dal terreno. Una centrale solare di questo tipo ha un effetto climatico non trascurabile sul terreno sottostante, effetto che va valutato in fase di progettazione.
Per ridurre questo impatto, sta prendendo sempre più piede la soluzione di installare i pannelli ad altezza maggiore e in file più distanziate, in modo da non ombreggiare completamente il suolo e non stravolgere il microclima locale. Questa soluzione è alla base dell’agrivoltaico (o agrifotovoltaico), che coniuga le esigenze di un impianto fotovoltaico con quelle dell’agricoltura. Studi hanno dimostrato che l’ombra creata dai pannelli, adeguatamente distanziati, è addirittura benefica, sia per alcune coltivazioni sia per la pastorizia.
Sono disponibili due tipologie di strutture portanti: monopalo e bipalo. La prima consiste in un solo palo centrale che sorregge i moduli. È adatta soprattutto a terreni industriali e agricoli non troppo estesi ed è poco ingombrante. La seconda tipologia, bipalo, garantisce un sostegno più stabile e resistente ed è l’ideale per terreni con scarse caratteristiche meccaniche, esposti a eventi meteorologici intensi.
Per gli impianti più piccoli, che grazie alla loro ridotta dimensione non creano problemi ad aree estese di terreno, si può scegliere una struttura non fissata al suolo ma costituita da zavorre in cemento. Per la preparazione del terreno è sufficiente spianare la zona che sarà occupata dall’installazione, stendere uno strato di sabbia o ghiaia e coprire con un robusto telo impermeabile, così da creare una base stabile per le zavorre con l’impianto.
Gli inseguitori solari: i tracker
Nella grande maggioranza degli impianti fotovoltaici, i pannelli sono fissi, orientati verso sud e con un’inclinazione bloccata. Per aumentare in maniera sensibile la produzione di energia a pari dimensioni dell’impianto e di tecnologia dei pannelli, è necessario che questi siano perpendicolari ai raggi solari per più tempo possibile. Per ottenere questo risultato, bisogna fare in modo che i moduli cambino inclinazione con il variare della posizione apparente del sole. Si tratta quindi di un vero e proprio inseguimento, compiuto da un apparato elettronico e da un sistema meccanico che fa ruotare i pannelli.
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Esistono diversi sistemi di tracking, classificabili in base al numero di assi di rotazione (uno oppure due), al fatto che l’apparato per la variazione dell’inclinazione sia attivo o passivo, alla presenza o meno di un sensore ottico.
Gli inseguitori solari meccanicamente più semplici sono a un solo asse di rotazione. Questo asse può essere orizzontale, orientato in direzione est-ovest (tilt) o puntato nord-sud (rollio), oppure verticale (azimut). Esiste anche la configurazione polare, con l’asse parallelo a quello di rotazione della Terra. Quest’ultimo tipo è il più performante dal punto di vista della produzione di energia. Rispetto a una configurazione fissa, si ottiene un aumento del 15 – 20%. In generale, gli inseguitori di rollio, grazie alle loro semplicità e robustezza, permettono di contenere i costi con impianti di grande scala, mentre quelli di tipo azimut sono la scelta migliore alle alte latitudini, dove il sole non raggiunge mai altezze elevate nel cielo.
I tracker a due assi di rotazione sono i più efficaci per ottenere il massimo di produzione elettrica. Gli assi sono perpendicolari tra loro e consentono di puntare perfettamente i pannelli nella direzione del sole durante i suoi spostamenti nel cielo. Con questo tipo di inseguitori sono disponibili due configurazioni: azimut-elevazione oppure tilt-rollio. Con il tracking a due assi, il rendimento può aumentare del 35 – 40% rispetto a un’installazione fissa.
Il meccanismo che fa muovere i pannelli è di solito di tipo attivo, costituito da motori elettrici che richiedono manutenzione e consumano energia. Esistono anche sistemi passivi, meno precisi nei movimenti ma che non necessitano di corrente. Sono realizzati con bracci meccanici azionati da pistoni idraulici, mossi da un fluido messo in pressione da un gas che si espande a seguito del riscaldamento prodotto dalla radiazione solare.
La sezione elettronica di controllo può essere analogica oppure digitale. Nel primo caso è costituita da sensori ottici che rilevano con precisione la posizione del sole, nel secondo da un software che ha in memoria i movimenti del sole nell’arco di tutto l’anno e che sa dove si trova nel cielo una volta che l’installatore ha inserito la posizione geografica dell’impianto solare. Questo secondo sistema, a differenza del primo, funziona bene anche quando il cielo è molto nuvoloso. I tracker più evoluti sono dotati anche di un sistema di rilevazione della velocità del vento, per posizionare i pannelli fotovoltaici in orizzontale in caso di venti forti.
Un impianto solare con tracker, a fronte del vantaggio di un maggior rendimento, comporta la necessità di manutenzione, data la presenza di parti meccaniche in movimento, inoltre ha un maggior costo d’acquisto. Il prezzo di un inseguitore solare fotovoltaico può essere molto variabile. Si va da un minimo di circa 1.500 euro per arrivare anche oltre i 10.000 euro. A questi costi iniziali vanno aggiunti anche quelli della manutenzione.