Vantaggi economici ed ecologici dell’impianto fotovoltaico
La sempre più diffusa coscienza ecologica e i recenti aumenti e sbalzi di prezzo dell’energia rendono sempre più interessante l’installazione di pannelli fotovoltaici. 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, rendendo l’installazione pannelli sempre più conveniente. Se l’impianto comprende un sistema di accumulo, la percentuale può salire fino al 70%. Secondo i prezzi Arera del terzo trimestre 2022 per le utenze domestiche, il risparmio in bolletta è di 325 euro all’anno. Con una batteria di accumulo il risparmio sale a 750 euro.
I moduli dell’impianto fotovoltaico possono essere collocati sul tetto, sulla facciata di un edificio o a terra. Per decidere dove effettuare l’installazione 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 all’installazione dei pannelli. 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 per l’installazione dei pannelli. Il più adatto va scelto in funzione del tipo di superficie, delle esigenze estetiche, del costo. Su un tetto inclinato l’installazione pannelli dipende dal tipo di copertura (tegole oppure lastre) e se i moduli 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.
© Renusol
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. Le dimensioni dei moduli cambiano da produttore a produttore. In media un pannello è lungo circa 1,7 metri e largo 1,1 metri. I pannelli devono essere rivolti verso sud, o al massimo verso sud-est o sud-ovest. L’inclinazione ideale va da 29° al Sud a 35° al 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. I pannelli fotovoltaici si fissano al tetto con strutture in acciaio zincato o inox. Se il tetto è piano o poco inclinato si usano zavorre in cemento.
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. I coppi vanno tolti dove si installano i moduli solari. I moduli si fissano sulle onduline con rivetti, profili metallici e staffe. A queste staffe (o morsetti) si agganciano i pannelli.
Tetto con tegole marsigliesi su soletta in cemento armato
Montaggio pannelli fotovoltaici su tegole e coppi
Montaggio dell’impianto fotovoltaico su tetto a falde
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, l’installazione dei pannelli fotovoltaici avviene sopra le tegole. Si usano guide in alluminio con staffe a Z o a C, che girano intorno alla singola tegola. Le staffe sono poi bloccate alla soletta con tasselli. I fori per i tasselli non devono essere passanti, per evitare infiltrazioni. Per posizionare i moduli a filo con le tegole bisogna rimuoverle. I pannelli solari devono avere scossaline e pluviali. Questi elementi fanno scorrere l’acqua piovana ed evitano infiltrazioni sotto le tegole.
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
Installazione su tetti piani: soluzioni e vantaggi
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 usano i tasselli. I fori vanno sigillati bene per evitare infiltrazioni d’acqua e umidità negli ambienti sotto il tetto. In alternativa ai tasselli si possono usare zavorre in cemento. Queste fanno da supporto al castello metallico o sorreggono direttamente i moduli fotovoltaici, come i prodotti Sun Ballast.
Gli impianti fotovoltaici a terra
Installazione pannelli a terra: strutture e materiali
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 che sostengono i pannelli fotovoltaici devono essere robuste. Devono resistere al vento, al peso della neve e all’umidità del 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, si installano sempre più spesso i pannelli ad altezza maggiore e in file più distanziate. Così il suolo non resta completamente in ombra e il microclima locale non cambia. 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 si può scegliere una struttura con zavorre in cemento, senza fissarla al suolo. Questi impianti, grazie alle dimensioni ridotte, non creano problemi ad aree estese di terreno. Per preparare il terreno basta spianare la zona dove avverrà l’installazione dei pannelli. Poi si stende uno strato di sabbia o ghiaia e si copre con un telo impermeabile robusto. Questo crea una base stabile per le zavorre dell’impianto fotovoltaico.
Gli inseguitori solari: i tracker
Nella grande maggioranza degli impianti fotovoltaici, i pannelli sono fissi, orientati verso sud e con un’inclinazione bloccata. Per produrre più energia con lo stesso impianto, i pannelli devono essere perpendicolari ai raggi del sole il più a lungo 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.
© NEXTracker
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.
Inseguitori solari: tipologie e funzionamento
Inseguitori solari a uno e due assi
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%. Gli inseguitori di rollio sono semplici e robusti. Per questo costano meno negli impianti di grande scala. Gli inseguitori azimut sono invece la scelta migliore alle alte latitudini, dove il sole rimane sempre basso 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 fatti con bracci meccanici e pistoni idraulici. Un gas si riscalda con il sole, si espande e mette in pressione un fluido che muove i pistoni.
La sezione elettronica di controllo può essere analogica oppure digitale. Nel primo caso usa sensori ottici che trovano la posizione del sole. Nel secondo caso usa un software che conosce i movimenti del sole durante l’anno. Il software sa dove si trova il sole quando l’installatore inserisce la posizione geografica dell’impianto fotovoltaico. 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 offre un maggior rendimento. Però richiede più manutenzione, perché ha parti meccaniche in movimento, e costa di più all’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.