Calcolo di un impianto fotovoltaico di una scuola
Prima di calcolare l’impianto fotovoltaico della scuola è bene chiarire alcuni concetti che normalmente sono oggetto di grande confusione.
Un impianto fotovoltaico genera una potenza elettrica in corrente continua che poi viene convertita in potenza elettrica alternata da un sistema chiamato Inverter.
In queste trasformazioni di energie ci sono sempre delle perdite.
La potenza in corrente continua generata dal sistema viene chiamata Potenza di picco e viene indicata Pp.
L’unità di misura è il watt.
La potenza totale Pp di un impianto dipende dalla somma delle potenze Wp dei moduli impiegati in condizioni di funzionamento ottimali considerati “standard“.
Si considera come misura universale il KWp. ( 1KWp = 1000 Wp)
Normalmente la Pp è espressa in KWp potenza teorica max. che l’impianto può produrre nelle condizioni standard di insolazione e temperatura dei moduli ( 1000 W/m2 e 25°).
Tutti sanno che la potenza Pp dipende da diversi fattori
- radiazione del sito (paese o città di riferimento)
- orientamento, inclinazione dei moduli rispetto al piano orizzontale
- nuvolosità media annuale della zona
- presenza o assenza di ombreggiamenti
- rendimento dei componenti del sistema
La potenza totole dell’impianto si misura in KWp ed è la massima potenza fornibile nelle migliori condizioni di irraggiamento e di esposizione.
Come riferimento per i calcoli di un impianto si considera solitamente questo campione che ci dà la produzione media annua in KWha di un impianto di 1 KWp in condizioni ottimali nelle tre fascie climatiche d’ Italia.
1100 KWh per 1 KWp se installato in Nord Italia
1300 KWh per 1 KWp se installato in Centro Italia
1600 KWh per 1 KWp se installato nel Sud Italia
Un altro dato significativo preso come riferimento per i calcoli è il seguente
1 KWp occupa statisticamente circa 8 m² di pannelli fotovoltaici su di un tetto a falda con silicio mono o policristallino.
NON BISOGNA CONFONDERE LA POTENZA ASSORBITA DAGLI UTILIZZATORI PER UN CERTO TEMPO KWh CON LA POTENZA KWp CHE PRODUCE L’IMPIANTO FOTOVOLTAICO.
Possiamo allora concludere che i KWha saranno i consumi annui dei nostri utilizzatori (scuole, case, enti pubblici, che troviamo sulle bollette ) e sarà il dato di partenza da conseguire per il calcolo; i KWpa calcolati per l’impianto indicheranno l’energia max. fornita dai moduli per poter ottenere in un anno l’ energia consumata dai nostri utilizzatori (KWha dato di partenza), la superficie necessaria per l’installazione dei moduli e le spese relative all’investimento.
Dopo questa introduzione passiamo al calcolo vero e proprio che può essere applicato a qualsiasi edificio pubblico o privato.
è interessante perchè da la possibilità di calcolare la potenza di picco in funzione della potenza richiesta ( potenza consumata dalla scuola in un anno) e la superficie occupata dai pannelli.
Il prerequisito per l’installazione è però avere ottimizzato il risparmio e l’efficienza energetica come abbiamo dimostrato nel progetto.
Dalle rilevazioni e dai nostri calcoli per l’anno 2010 abbiamo nella nostra scuola un consumo di energia elettrica presunto di 11397 KWhanno.
L’obiettivo era quello di azzerare il consumo , le emissioni di CO2 ed anche i costi della bolletta.
Addirittura potrebbe anche essere un” illuminato” investimento che consentirebbe alle scuole di avere a disposizione risorse per un potenziamento delle attrezzature, laboratori e magari alleggerire i costi per l’acquisto dei libri di testo.
I dati di partenza sono
- Consumo di energia elettrica della scuola P= 11397 KWhanno
- Irraggiamento annuo del sito ( Varano Borghi ) rilevato dalle tabelle = 1396 KWh/m² anno
- Inclinazione del pannello = 30°
- Orientamento del pannello = 0° Sud
- Scelta del pannello fotovoltaico – silicio policristallino .
La scelta del pannello è importante perchè determina la potenza di picco massima di ogni modulo, le dimensioni ed il rendimento.
Ci siamo documentati su internet sulle caratteristiche,sui prezzi e sulle migliori marche sul mercato.
Per il nostro impianto abbiamo scelto moduli di ultima generazione con silicio policristallino con una potenza massima = 230Wp (potenza di picco).
Il modulo è composto da 60 celle.
Le dimensioni della cella sono di 156 mm per 156 mm.
Il modulo complessivamente è lungo 1663 mm, largo 998 mm con altezza di 35 mm.
- La superficie di un modulo sarà di 1,659 m²
- Il numero dei moduli per realizzare l’intero impianto è dato dal rapporto fra la superficie che si ottiene dal calcolo e la superficie unitaria del tipo di modulo acquistato.
L’intelaiatura è in alluminio con un peso per modulo di 20 Kg.
- impianto parzialmente integrato.
Ci sono tre tipologie di impianti :
non integrati – realizzati a terra
parzialmente integrati – installati su tetti piani o terrazze
totalmente integrati – sostituiscono completamente gli elementi di copertura dei tetti, vetrate, facciate.
Per questo ultimo tipo di impianto l’incentivo è più alto.
Noi abbiamo scelto l’impianto parzialmente integrato che potrebbe essere installato o sul tetto della palestra o sul tetto della scuola stessa.
| dati del Progetto | unità di misura | formula | risultato |
| località | Varano Borghi | ||
| consumo 2010
energia elettrica scuola sec. I° |
KWh/a | A | 11397 |
| orientamento
pannelli |
Sud | ||
| inclinazione
pannelli |
Gradi | 30° | |
| irraggiamento solare
annuo di Varano Borghi |
KWh/ m² anno | B | 1396 |
| coefficiente
correttivo |
C | 1,13 | |
| energia solare
incidente utile |
KWh/ m² anno | D = B . C | 1577,5 |
| efficienza pannelli | E | 12% | |
| efficienza impianto | F | 80% | |
| efficienza
complessiva unitaria |
G = E . F | 9,6% | |
| Energia elettrica
unitaria |
KWh/ m² anno | H = D . G | 151,4 |
| Superficie
impianto fotovoltaico |
m² | L = A : H | 75,2 |
| Superficie
unitaria modulo |
m² | M | 1,659 |
| Potenza max.
nominale |
Wp | N | 230 |
| numero moduli
necessari |
n | O = L : M | 45,3 |
| Potenza di picco | KWp | P picco= O . N | 10,419 |
| Pot. picco max.
teorica anno
|
KWh | Pot.picco max teorica =
Pp . 24 . 365 = |
91270,4
|
| % Energia utile
dell’impianto |
Pot. annua cons. : Pot.picco max. teor. anno |
11397 : 91270,4 =
0,12 ( 1/8 ) |
Come si vede l’ultimo dato della tabella indica il rapporto fra l’Energia utile consumata dalla scuola in KWha e l’energia di picco max. teorica prodotta dall’impianto calcolata per 24 ore al giorno per 365 giorni all’anno.
Mediamente questo rapporto è 1/10.
Noi abbiamo ottenuto 0,12 cioè 1/8.
Calcolo delle emissioni di CO2
| Scuola sec.I°
GIOVANNI XXIII |
KWha | Kg CO2a | KWp =
10,419 KWh = 11397 |
fattore Mix
per l’ Italia Kg CO2/KWh
|
Emissioni
annue evitate Kg CO2 |
Durata
impianto |
Emissioni
totali evitate Kg CO2 |
| anno 2009 | 13380 | 7760,4 | / | / | |||
| anno 2010 | 11397 | 6610,26 | 11397 | 0,58 | 11397 . o,58 =
6610,26 |
30 anni | 6610,2 . 30 = 198307,8 |
Il fattore Mix elettrico per l’Italia è = 0,58
Indica che ogni KWh prodotto dall’ impianto fotovoltaico evita l’emissione di 0,58 Kg di CO2.
CONSUMI AZZERATI, EMISSIONI DI CO2 = ZERO.
E i costi ?
Abbiamo fatto un calcolo dei costi, del Payback e dei benefici del conto energia con scambio sul posto per la realizzazione del nostro impianto.
Grazie al Conto Energia è anche possibile beneficiare per 20 anni con tariffe incentivanti che vediamo nel prospetto differenziate in base alla potenza dell’ impianto ed all’ integrazione architettonica.
Inoltre le scuole e gli enti pubblici con meno di 5000 abitanti hanno una ulteriore riduzione sulle tariffe del conto energia del 5%.
Nel nostro calcolo non lo abbiamo considerato.
| Potenza nominale KWp |
non integrato | parzialmente integrato | totalmente integrato |
| da 1 a 3 | o,3842 €/KWh | 0,4224 €/ KWh | 0,4704 €/KWh |
| da 3 a 20 | 0,3646 €/KWh | 0,4038 €/KWh | 0,4420 €/KWh |
| superiore a 20 | 0,3459 €/KWh | 0,3842 €/KWh | 0,4224 €/KWh |
L’impianto fotovoltaico potrebbe anche diventare un buon investimento.
Con lo scambio sul posto l’ energia prodotta dall’impianto viene venduta al gestore nazionale per l’energia con particolari benefici determinati dallo scambio.
Inoltre con gli incentivi statali oltre che a recuperare i soldi dell’investimento iniziale nel giro di pochi anni, dopo il Payback si incomincia a guadagnare qualche soldo.
Il Payback rappresenta il numero di anni entro cui l’ ente che ha sostenuto i costi dell’ impianto rientra dal capitale investito.
Per il nostro impianto avremo la seguente situazine
| rimborso bolletta (risparmio €/anno | 0,18€/KWh . 11397 KWh anno = 2051,46 € |
| ricavo dal Conto Energia | 0,4038 €/KWh . 11397 KWh anno = 4602,11 € |
| guadagno totale | 2051,46 + 4602,11 = 6653,57 € anno |
| emissioni CO2 evitate | 6619,2 Kg CO2 |
| costo impianto (circa 7000 € per 1 KWp) | 7000€ . Pp = 7000 . 10,419 = 72993 € |
| Payback (tempo di ritorno dell’investimento) | 72993 : 6653,57 = 10,9 |
Se il Comune non vuole fare un finanziamento avremo :
Il nostro impianto fotovoltaico, considerando una vita media dell’impianto di 30 anni, dopo 10,9 anni rientrerà dall’investimento, con i seguenti vantaggi economici per gli altri 20 anni:
- Per altri 10 anni( durata del conto energia ) l’ impianto guadagnerà 6653,57 . 10 = 66535,7 €
- Per i restanti dieci anni ( i pannelli durano 30 anni ) l’ impianto guadagnerà 2051,46 . 10 = 20514,6 € .
- senza finanziamento avremo il max. dei benefici.
Con il finanziamento di una Banca avremo :
Se si vuole un impianto a costo ZERO , gli incentivi devono circa uguagliare la rata del finanziamento.
Supponendo un prestito di una banca convenzionata con il nostro comune dell’ 8% il costo complessivo da pagare sarebbe 72993 € + 8% = 72993 +5839,44 = 78832,44 €.
Dalla tabella il nostro guadagno totale annuo è di 6653,57 €.
Se dividiamo il finanziamento complessivo per il nostro guadagno annuo totale otteniamo il numero di anni reali del nostro finanziamento
- 78832,44 : 6653,57 = 11,85 arrotondiamo a 12 anni.
- per altri 8 anni il guadagno sarà 6653,57 . 8 = 53228.56 €
- per i restanti 10 anni il guadagno sarà 2051,46 . 10 = 20514,6 €
- dopo 12 anni l’impianto è stato pagato e nei restanti 18 anni il guadagno complessivo è stato di 73743,16 € a costo ZERO.
LASCIAMO A VOI IL COMMENTO FINALE
