ALCUNI BREVI TESTI GENERICI SULL'ENERGIA FOTOVOLTAICA

 

CONSIDERAZIONI SULL’ENERGIA FOTOVOLTAICA

Di che cosa si compone un impianto fotovoltaico

Quanto costa un impianto fotovoltaico

Quanto rende e quanto conviene un impianto fotovoltaico

I possibili usi dell’energia fotovoltaica

Disponibilità di superficie di posa

Potenza di picco dell’impianto

Tipo di posa

Tipo di connessione

Presenza di accumulo

Tipo di pannelli

Scelta del rivenditore e dell’installatore

 

IL DIBATTITO SUL FOTOVOLTAICO

Per produrre i pannelli fotovoltaici serve più energia di quella che poi essi andranno a produrre

“I pannelli fotovoltaici di notte non producono”

“I pannelli fotovoltaici non funzionano se il cielo è coperto”

“La fonte solare è discontinua”

“I pannelli solari hanno un alto impatto ambientale”

 

 

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CONSIDERAZIONI SULL’ENERGIA FOTOVOLTAICA

Bella sensazione quella di avere un tetto sopra la testa, vero? Soprattutto quando piove, quando fa freddo, quando tira vento o quando l’ambiente esterno si rivela ostile. Ma ci siamo mai soffermati a riflettere sulla funzione di questo tetto e su come essa sia cambiata così poco con tutta l’evoluzione storica degli ultimi secoli?

In effetti, in edilizia si sono viste lente e progressive migliorie a livello di impiantistica, comfort abitativo, materiali e tecnologie di alcuni elementi (porte, finestre, rivestimenti, pavimentazioni…); tuttavia la tecnica costruttiva di base non è variata poi di molto e alcuni componenti dell’edificio, soprattutto il tetto, hanno mantenuto funzionalità e caratteristiche (anche estetiche) di un lontano passato.

Se noi ci pensiamo, la maggior parte degli di edifici hanno ancora tetti classici ricoperti di tegole (più raramente lamiera) che sono elementi del tutto passivi, ossia proteggono dal freddo e dalle intemperie, ma non sono in grado di trasmettere verso l’interno quella abbondante e preziosissima fonte che è la luce del sole. Parlando di “luce del sole” ci riferiamo ovviamente, non solo alla componente visibile, ma anche a quella calda ed invisibile porzione di energia che ogni giorno colpisce milioni di tetti e che ha come unico effetto un inutile riscaldamento del manto di copertura (le tegole), che nulla giova al comfort interno.

Negli ultimi anni, con l’introduzione delle tecnologie solari (solare termica e fotovoltaica) è cominciata una nuova concezione dell’elemento ‘copertura’ che vede finalmente il tetto come un elemento potenzialmente attivo.

Non è nostra intenzione entrare qui nei dettagli di funzionamento di queste tecnologie. Chi fosse interessato può trovare utili informazioni altrove.

 

Cerchiamo qui di focalizzare un po’ meglio l’attenzione sugli usi di queste tecniche, concentrandoci su quella più versatile, ossia il fotovoltaico.

Partiamo da una considerazione di massima che permette di rendersi conto dell’enormità dell’apporto energetico solare: si calcola molto agevolmente che ogni ora il Sole invia sulla Terra una quantità di energia pari a quella che tutta l’umanità consuma in un intero anno. Dunque, in partenza, risulta chiaro che il rapporto tra disponibilità e richiesta è dell’ordine di grandezza di uno a diecimila. Tralasciamo gli ovvi discorsi sul fatto che la luce solare ha molti usi più basilari per il pianeta Terra e che solo una minima parte della superficie del pianeta risulta utilizzabile per l’installazione di elementi captanti. Tuttavia è chiaro che stiamo parlando di una fonte incredibilmente abbondante e rinnovabile; inoltre è anche pulita, semplice e sicura. Dove installare, dunque, un consistente numero di pannelli solari per captare energia da sole? Ovviamente sui tetti, prima di tutto! Così facendo, non si utilizza ulteriore superficie naturale aggiuntiva, non si preclude l’uso di superficie a terra destinabile ad altri usi e si differisce la produzione di energia elettrica il più vicino possibile agli utilizzatori, riducendo drasticamente infrastrutture, costi e perdite di trasporto.

Molte sono le riflessioni che si potrebbero fare anche sugli effetti sociologici ed economici di un modello energetico basato su produzione pulita, gratuita e differita; tuttavia non è questa la sede in cui ci proponiamo di farlo. Si può comunque far notare che il massiccio impiego di impianti fotovoltaici su edifici rappresenta una sorta di rivoluzione pacifica nell’uso delle risorse energetiche, nella salvaguardia dell’ambiente e nell’influenza del singolo individuo (cittadino) nella creazione di una diversa concezione dell’energia e del relativo mercato. Inoltre l’installazione di un impianto fotovoltaico può essere un vantaggioso investimento per la casa, la piccola azienda ed anche la grossa realtà industriale.

 

Nel seguito alcune informazioni basilari per chi avesse intenzione di installare un impianto fotovoltaico sul proprio tetto. Diversamente… Torna a inizio pagina

 

 

Di che cosa si compone un impianto fotovoltaico

Un impianto fotovoltaico consta primariamente di un campo di pannelli per la captazione della luce solare; gli elementi attivi dei pannelli (le celle) generano una corrente elettrica continua che viene convogliata nel cuore dell’impianto, ossia l’inverter. L’inverter converte la corrente continua in corrente alternata (50 Hz) ad una tensione compatibile con le utenze (230 V per l’Italia). Tutto il resto della componentistica consta di strutture meccaniche di fissaggio sul tetto o a terra, cablaggio elettrico e dispositivi di protezione elettrica quali interruttori, limitatori di sovratensione, eventuali fusibili… Nel caso l’impianto sia accoppiato ad un sistema di accumulo, diventano di fondamentale importanza le batterie ed i relativi dispositivi di controllo e regolazione.

 

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Quanto costa un impianto fotovoltaico

Il costo di un impianto dipende fondamentalmente dalla potenza nominale di picco e dalla presenza di un sistema di accumulo. Una lunga serie di fattori poi incide in maniera minore sul prezzo del prodotto finale: qualità dei componenti  Il caso più semplice da prendere in considerazione è un impianto domestico da 3 kW. Come importi indicativi SERIVA propone esempi di prezzo riportati di seguito, validi per impianti standard senza particolari complicazioni.

 

IMPIANTO DA 3 kW

    6.000 – 7.000 euro + IVA

IMPIANTO DA 6 kW

9.000 – 10.000 euro + IVA

IMPIANTO DA 10 kW

15.000 – 16.000 euro + IVA

IMPIANTO DA 3 kW con accumulo da 2-3 kWh

10.000 – 11.000 euro + IVA

IMPIANTO DA 6 kW con accumulo da 2-3 kWh

13.000 – 14.000 euro + IVA

 

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Quanto rende e quanto conviene un impianto fotovoltaico

Due sono i parametri fondamentali di un impianto fotovoltaico, ossia la potenza massima erogabile ed il quantitativo totale di energia prodotto in un determinato arco di tempo. Per quanto concerne il primo, la potenza nominale dell’impianto è quella performance che si raggiunge in condizioni ottimali, ovvero con i raggi solari ortogonali ai pannelli e con una temperatura di questi ultimi prossima a 25 °C. Tale potenza si raggiunge (ed in alcuni casi si supera) durante le stagioni privilegiate e nelle ore centrali del giorno (per gli impianti esposti a sud). Nel tempo restante la potenza cresce e decresce tra zero ed il valore massimo con una certa regolarità. È dunque opportuno dimensionare l’impianto tenendo conto delle reali esigenze di assorbimento e dell’andamento della potenza nel corso del tempo (sostanzialmente della giornata). L’energia totale prodotta, funzione indiretta della potenza dell’impianto, dipende dall’esposizione del campo FV, dalle condizioni climatiche del sito, dall’orientazione dei pannelli e dalla loro inclinazione. Per valutare la bontà di un’installazione un dato da prendere in considerazione è la produttività, ossia un dato da cui l’installatore deve partire nella sua proposta al committente. È altresì vero che questo dato, dopo il termine del Conto Energia, diviene importante laddove si preveda un sistema di accumulo (elettrico o termico) dell’energia, una consistente quota di vendita dell’energia a prezzo di mercato o un utilizzo programmato dei carichi elettrici.

 

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I possibili usi dell’energia fotovoltaica

L’energia elettrica è forse la forma di energia più versatile che esiste, giacché può essere facilmente convertita in diverse altre forme (meccanica con un motore, termica con una resistenza, luminosa con lampadine e fari, chimica tramite elettrolisi…). L’installazione distribuita di potenza fotovoltaica inoltre permette di ridurre le perdite di distribuzione. All’interno delle abitazioni dunque esistono numerosi modi per utilizzare l’energia elettrica prodotta sul proprio tetto. Oltre ai normali usi per l’illuminazione ed il funzionamento degli elettrodomestici, si possono elencare una serie di nuove applicazioni rese interessanti proprio dalla possibilità di disporre di un approvvigionamento gratuito. Di seguito alcuni esempi:

 

-         scaldacqua elettrici a pompa di calore;

-         sistemi di riscaldamento a pompa di calore su impianti a bassa temperatura;

-         sistemi di riscaldamento e raffrescamento a pompa di calore asserviti a ventilconvettori;

-         sistemi di riscaldamento a piastre radianti;

-         sistemi di riscaldamento a piastre elettriche radianti a pavimento;

-         illuminazioni notturne permanenti a LED con batterie di accumulo caricate da fotovoltaico;

-         integrazione al riscaldamento di acqua di accumulo (puffer) mediante resistenze elettriche alimentate da fotovoltaico.

 

Queste applicazioni, ormai sempre più accessibili e competitive, rendono l’accoppiamento con un impianto fotovoltaico una scelta economicamente assai vantaggiosa, nonché rispettosa dell’ambiente a lungo termine e su vasta scala.

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Disponibilità di superficie di posa

Per poter installare un impianto fotovoltaico su un tetto è auspicabile avere un’ampia falda esposta verso sud (con un azimut il più possibile prossimo a zero); l’inclinazione tipica delle falde è solitamente compresa tra i 15 ed i 25 gradi; maggiore è l’inclinazione e migliore sarà la captazione della luce solare. È possibile installare anche impianti su falde esposte prevalentemente ad est o ad ovest; in questo caso può essere conveniente dividere l’impianto in due sottocampi, uno esposto ad est che lavorerà meglio nelle ore mattutine ed uno esposto ad ovest che lavorerà bene nelle ore pomeridiane e serali. In questo caso si abbasseranno i picchi di potenza nelle ore centrali del giorno, ma la durata della produzione elettrica verrà prolungata, poiché la potenza aumenterà consistentemente già al primo mattino e rimarrà alta fino ad ore più tarde.

Altra possibilità è l’installazione di pannelli su tetti piani: in tal caso si provvede solitamente a montare degli appositi supporti triangolari che permettono di posare i pannelli fotovoltaici con la idonea inclinazione.

A livello di area utilizzata, si può stimare in modo approssimato che ogni chilowatt installato in aderenza su una falda richiede circa 6-7 metri quadrati di superficie.

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Potenza di picco dell’impianto

La prima cosa da stabilire è la potenza di picco da installare; essa dipenderà da alcuni fattori quali la disponibilità di spazio sul tetto, il consumo ordinario di energia elettrica, la destinazione dell’energia prodotta dall’impianto, il budget economico stanziato per l’impianto. Laddove possibile, risulta conveniente installare una potenza che permetta di coprire la percentuale di fabbisogno elettrico più alta possibile. Se, inoltre, si volesse passare a tecnologie ad alimentazione elettrica anche per altri usi (per esempio le pompe di calore per l’acqua calda sanitaria o il riscaldamento), converrà allora spingere la potenza installata ai massimi valori possibili per il tetto in oggetto.

 

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Tipo di posa

La posa più consueta per i pannelli fotovoltaici è quella cosiddetta ‘in aderenza alla falda’, ossia in appoggio alla superficie del tetto mediante ganci e profili correnti fissati alla struttura del tetto; questo tipo di posa non crea vistosi volumi aggiuntivi all’edificio, anche se i pannelli sopravanzano dalla superficie delle tegole ( o della lamiera) per uno spessore complessivo dato dalla somma dello spessore dei pannelli stessi e della struttura di appoggio, che può arrivare anche a 10‑12 centimetri. Un’altra soluzione è quella dell’installazione integrata, ovvero con i pannelli che finiscono per essere ‘annegati’ nelle tegole o nella lamiera con il loro profilo che non sporge minimamente. Da un punto di vista estetico il risultato di un’installazione integrata è di miglior pregio; l’installazione, per contro, è un po’ più costosa e laboriosa e le geometrie di disposizione dei pannelli deve essere necessariamente più regolare e meno libera. Questo tipo di installazione è consigliata sulle costruzioni nuove o sui tetti rifatti ex novo: infatti, in tal caso, c’è anche un consistente risparmio del manto di copertura (tegole o lamiera) sostituito dai pannelli stessi.

 

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Tipo di connessione

Esistono due fondamentali filosofie di gestione dell’energia prodotta da un impianto fotovoltaico: la gestione in connessione alla rete (meccanismo di scambio sul posto) e la completa indipendenza dell’impianto e dell’utenza a cui esso è asservito (impianto ad isola o ‘stand alone’). Nel primo caso l’impianto è connesso alla rete elettrica e l’edificio scambia istantaneamente energia con la rete a seconda delle condizioni di produzione. C’è infatti cessione di energia ogni volta che l’impianto produce più energia di quanta istantaneamente l’utenza (l’edificio) ne assorbe per i suoi bisogni, mentre c’è prelievo dalla rete allorquando l’impianto non è sufficiente a garantire la richiesta istantanea di energia dell’edificio. Nella seconda situazione per la precisione il prelievo è limitato alla sola differenza residua tra la richiesta dell’edificio e la produzione fotovoltaica.

Per quanto concerne invece gli impianti ad isola, non c’è alcuna connessione alla rete e l’eventuale eccedenza dell’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico viene accumulata in un sistema di batterie elettriche, pronte a restituirla nel momento in cui la produzione fotovoltaica fosse insufficiente (per esempio la notte o in cattive condizioni meteo).

 

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Presenza di accumulo

Per massimizzare l’autoconsumo dell’energia fornita dal sole, è possibile installare un sistema di accumulo anche sugli impianti connessi alla rete; così facendo è possibile disporre di energia gratis anche nelle ore notturne, grazie all’utilizzo di quell’energia prodotta ed accumulata durante il funzionamento dell’impianto fotovoltaico.

 

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Tipo di pannelli

Esistono attualmente sul mercato diversi tipi di pannelli, differenti per materiali (Si, CdTe, CIS), prestazioni, dimensioni, bordature, aspetto estetico ecc… Si consiglia di affidarsi ai propri installatori di fiducia per avere le corrette informazioni sulla scelta dei pannelli in base al proprio utilizzo.

 

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Scelta del rivenditore e dell’installatore

Materiali e componenti dell’impianto sono coperti dalle rispettive garanzie dei produttori. I moduli fotovoltaici sono coperti da una garanzia di dieci anni sui difetti di fabbrica e ben venticinque anni sulla potenza reale del modulo (che dopo tale periodo deve garantire ancora una potenza pari a 80% della potenza nominale); gli inverter fotovoltaici sono generalmente garantiti per cinque anni o dieci anni nel caso di inverter di potenza superiore a 10 kW per alcune case costruttrici; il materiale elettrico è in genere coperto da una garanzia di due anni. Tuttavia rivestono un ruolo fondamentale i soggetti che si incaricano della vendita e dell’installazione. Infatti la corretta installazione consente il buon funzionamento dell’impianto senza incorrere in decadenze delle garanzie a causa di pose errate dei componenti. Inoltre il soggetto rivenditore si rende garante per un periodo di ventiquattro mesi dell’assistenza al cliente nel caso insorgano problematiche di vario tipo. È desiderabile che il venditore sia in realtà un soggetto che si occupa di ogni problematica necessaria alla posa e all’attivazione dell’impianto: dipenderanno da tale soggetto dunque, oltre al reperimento, al trasporto e all’installazione dei componenti, anche la progettazione, la connessione, ed il corretto avviamento dell’impianto. Nella scelta del soggetto rivenditore è consigliabile scegliere un’azienda dotata di un punto vendita accessibile, di personale affidabile e di pregressa esperienza nel settore.

 

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IL DIBATTITO SUL FOTOVOLTAICO

I detrattori del fotovoltaico utilizzano solitamente alcune argomentazioni per evidenziare i limiti di tale tecnologia, talvolta creandone anche alcuni ad arte. Di quando in quando capita che taluni personaggi si producano in performance intellettuali eclatanti e sbalorditive che farebbero ridere chiunque fosse dotato di un discreto buon senso e di un minimo di conoscenze tecniche. Purtroppo, però, la maggior parte della popolazione si ritrova sprovvista, perlomeno, del secondo requisito. Cerchiamo allora, a beneficio di tutti, di sfatare alcuni luoghi comuni o di etichettare giustamente come ridicole alcune affermazioni.

 

Di seguito alcune delle solite accuse dei detrattori del fotovoltaico. Chi è interessato  può proseguire nella lettura. Diversamente… Torna a inizio pagina

 

 

Per produrre i pannelli fotovoltaici serve più energia di quella che poi essi andranno a produrre

Analizzano allora l’affermazione partendo da alcuni dati concreti. Focalizziamo l’attenzione su un pannello di qualità standard da 250 watt di potenza che sarà installato su di un tetto con una esposizione mediamente buona e per una durata non inferiore a 20 anni. Utilizziamo un semplice dato conservativo di produttività, ovvero 800 chilowattora per chilowatt di picco installati: il dato dice che l’installazione di un impianto di potenza nominale di un chilowatt produrrà in termini di energia 800 chilowattora in un anno. Dunque il nostro pannello da 250 watt produrrà 200 chilowattora in un anno. In venti anni questo significa 4.000 chilowattora. Se la produzione del pannello richiedesse dunque quattromila chilowattora, ad un prezzo presunto di 0.05 euro per chilowattora (prezzo sicuramente inferiore ai reali costi dell’energia in Italia e nella maggior parte dei paesi industrializzati), dovremmo avere un costo del pannello di circa 200 euro, senza contare materiale, lavoro, macchinari, personale, così aziendali… In realtà un pannello con le caratteristiche di quello scelto per questo esempio oggi costa molto meno di 200 euro. Dunque le ipotesi sono poche:

i produttori di pannelli fotovoltaici “rubano” l’energia o usano fonti segrete gratuite;

i produttori di pannelli fotovoltaici sono dei benefattori;

l’affermazione riportata sopra sui costi della produzione dei pannelli fotovoltaici è un’autentica idiozia!

 

I dati sulla grandezza EPBT (Energy PayBack Time) forniscono stime ormai inferiori ai due anni, per pannelli del peso, delle dimensioni e delle potenze attualmente utilizzati.

 

Al lettore la sentenza…

 

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“I pannelli fotovoltaici di notte non producono”

La notte è la fascia quotidiana durante la quale i consumi di energia raggiungono i valori minimi. Facendo riferimento al caso nazionale italiano in un giorno che ben rappresenta la media delle situazioni possibili, si vede che la richiesta di potenza elettrica da parte dell’utenza è inferiore ai 30 Gigawatt, ben poca cosa in confronta ai valori superiori ai 50 Gigawatt relativi agli orari di picco. Questo significa che la notte, essendo minima la richiesta, la produzione classica mediante parte degli impianti esistenti è ampiamente soddisfacente dal punti di vista quantitativo.

Un discorso ulteriore merita inoltre la sempre crescente disponibilità di sistemi di accumulo, che permettono di immagazzinare l’eccedenza di energia prodotta dagli impianti fotovoltaici nel corso della giornata per poi renderla disponibile durante le ore di mancanza di luce solare. Non si allude soltanto ai sistemi di immagazzinamento a batteria, sempre più capaci, performanti ed affidabili, ma anche ad un vettore energetico venuto alla ribalta negli ultimi anni e designato come li vettore del futuro: l’idrogeno.

 

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“I pannelli fotovoltaici non funzionano se il cielo è coperto”

Il funzionamento ottimale dei pannelli fotovoltaici è garantito con condizioni di radianza piena e, possibilmente, con esposizione della superficie captante ortogonale alla direzione dei raggi solari. Tuttavia, in condizioni di luce diffusa o di affievolimento della radiazione solare a causa di velature e coperture del cielo, i moduli fotovoltaici non estinguono la loro produzione di energia, attestandosi ovviamente su valori più bassi di prestazioni. La percentuale di potenza erogabile in una giornata di cielo coperto può attestarsi tra il 15% ed il 25% dei valori nominali; ciò significa che un impianto da venti chilowatt di potenza nominale in tali condizioni può erogare una potenza tra i tre e i cinque chilowatt. Questo evidenzia, per esempio una differenza tra l’utilizzo di collettori solari termici per il riscaldamento dell’acqua calda sanitaria o di riscaldamento e l’uso combinato di energia fotovoltaica ed una pompa di calore ad alimentazione elettrica: nel caso di copertura del cielo, la prima configurazione di componenti vede un totale annullamento dell’energia fornita al sistema, mentre nel secondo caso si potrà ancora contare sull’utilizzo di energia solare per il riscaldamento dell’acqua. Inoltre, fattore decisivo all’atto della scelta del sistema, un impianto fotovoltaico ha una maggior semplicità di installazione ed il passaggio di cavi elettrici si presenta molto meno complesso del passaggio di tubi metallici o in materiale plastico per il trasporto di fluidi vettori. Per onor del vero, resta comunque ovvio che i collettori solari termici hanno efficienze molto più elevate dei pannelli fotovoltaici e, generalmente, richiedono superfici di installazione di area ben più modesta.

 

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“La fonte solare è discontinua”

La discontinuità a cui della radiazione solare è un fenomeno locale legato a fattori meteorologici, ormai accuratamente previsti. Essi non interessano quasi mai intere regioni di una nazione. Su scala più ampia si può asserire che la luce del sole è di fatto la più sicura fonte di cui si posso disporre sul pianeta. Non risulta infatti da milioni di anni che il sole abbia mancato di sorgere anche un solo giorno. La discontinuità della radiazione solare sulla superficie terrestre è dunque una variabile ampiamente sotto controllo da parte dei gestori della rete elettrica, i quali possono programmare le procedure e gli aggiustamenti quotidiani per garantire l’energia nei momenti critici. Inoltre, ancora una volta le tecnologie future che si stanno già affermando, rendono il problema sempre meno rilevante: lo stoccaggio di grandi quantità di energia attraverso batterie, serbatoi di idrogeno o addirittura pompaggio di acqua in quota permetterà ben preso di disporre di un ‘cuscino tampone’ per ovviare alla non perfetta continuità di erogazione da parte dell’energia fotovoltaica.

 

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“I pannelli solari hanno un alto impatto ambientale”

Da un punto di vista ambientale, l’impatto che i moduli fotovoltaici possono avere è puramente visivo ed estetico: non esiste inquinamento di alcun genere, tanto nella posa (fatte salve, talvolta, alcune opere necessarie al basamento su terreno), quanto nel normale esercizio degli impianti. Inoltre, se per quanto concerne gli impianti a terra talvolta si può assistere alla sottrazione di terreno destinabile ad altri usi (agricolo, ricreativo, vegetativo), nessun impatto ha l’installazione d campi fotovoltaici sui tetti, che non prevedono generalmente destinazioni d’uso diverse da quello di mera copertura. I moduli fotovoltaici non creano campi elettromagnetici più intensi di quanto già non facciano i complessi sistemi di comunicazione che già gremiscono l’etere; non producono nessun tipo di sostanza nociva, giacché non vi combustione nel processo di generazione elettrica; inoltre non vi è alcun inquinamento acustico, tranne nel caso di grosse cabine di trasformazione o di inverter centrali d grossa potenza, che sono però generalmente chiusi e schermati e non vi è ragione alcuna perché debba accedervi personale frequentemente.

Tuttavia il punto focale su cui porre l’attenzione è la totale reversibilità dell’installazione di impianti fotovoltaici, tanto a terra, quanto sui tetti: è infatti possibile rimuovere completamente le istallazioni con operazioni semplicissime, economiche e prive di rischi, lasciando l’ambiente circostante esattamente come prima della posa. Non si esagera nell’affermare che un gruppo di giovani studenti di scuola superiore, opportunamente istruiti, sarebbero in grado di smantellare un impianto fotovoltaico, anche di grossa taglia, senza molti problemi. Questo la dice lunga sulla semplicità e sulla non invasività di tale tecnologia.

 

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Di prossimo caricamento gli ulteriori argomenti…

 

 

L’accoppiamento degli impianti fotovoltaici con le pompe di calore

Miglioramento della qualità dei pannelli fotovoltaici (potenza)

Riduzione dei consumi nelle abitazioni