Case studies

Studio delle ombre e distanziamento delle vele

Le vele sono state opportunamente distanziate, in modo tale che nel giorno più corto dell’anno, il 21 dicembre, quando il percorso solare è il più basso sulla linea dell’orizzonte, venga evitato il mutuo ombreggiamento tra le stesse nelle ore centrali della giornata quando l’irraggiamento è maggiore, dalle 10 di mattina alle 2 di pomeriggio. Questo accorgimento è importante anche perché i pannelli sono disposti in verticale dunque, per costruzione, pochi centimetri soltanto di ombra sarebbero sufficienti a tagliare tutta la produzione elettrica della fila, dunque dell'intera stringa. Se avessimo scelto per il campo fotovoltaico un angolo di tilt maggiore (vicino all'ottimale, pari a 35°) per garantire una produzione elettrica annuale al KW solo lievemente superiore (una trentina di KWh in più ogni KW installato), avremmo dovuto necessariamente distanziare maggiormente le vele, abbassando dunque drasticamente la potenza di picco dell'impianto (e dunque la produzione elettrica complessiva), in quanto nel lastrico solare a quel punto entrerebbe una vela in meno. In alternativa, fissata la potenza del campo, se avessimo voluto mantenere lo stesso distanziamento tra le file, avremmo dovuto accettare pesanti ombre invernali le quali però avrebbero annullato lo stesso surplus di produzione elettrica che invece si voleva guadagnare. Senza considerare oltretutto che avremmo aumentato notevolmente le spinte del vento, con conseguente necessità di maggiori zavorre, maggior peso gravante sul solaio, maggiori costi per il cliente. La configurazione scelta dell'impianto fotovoltaico con inclinazione di tilt di 20°, fissato l'azimuth a -17° sud-est, è pertanto la migliore possibile: è l'unica che consente di massimizzare potenza del campo e producibilità elettrica annuale, minimizzando al contempo le ombre, i costi per il cliente ed i carichi sul solaio. La foto che segue è stata per l'appunto scattata esattamente nel solstizio d’inverno, il 21 dicembre alle ore 14.00: si può chiaramente vedere che le vele non si ombreggiano tra loro. Sono totalmente assenti altri ombreggiamenti di natura “puntuale” e “clinometrica”.

La nostra soluzione “sui generis”

Abbiamo dunque lavorato così: prima di posizionare l’impianto, abbiamo forato la vecchia guaina danneggiata con punte “a muro” diametro 14, inserendo successivamente per una ventina di cm circa, delle barre filettate d'acciaio diametro 12, ancorandole mediante resine epossidiche. Ad indurimento completato, abbiamo impermeabilizzato il tutto mediante sigillante bituminoso in doppia mano e rondella in gomma EPDM, di quelle da noi utilizzate nelle installazioni nei tetti a falda: un dado fa spanciare la guarnizione al suolo ed il tutto viene coperto da un'ultima mano di bitume. Successivamente le barre sono state affogate nel cemento gettato dentro delle casseforme da noi stessi preparate: in tal modo abbiamo realizzato zavorre (sottodimensionate per via dell'azione ancorante delle barre filettate) dove appoggiare tutta la struttura e contrastare il temibile "effetto vela" del vento.

Per non gravare troppo il solaio di peso addizionale abbiamo cercato di posizionare le zavorre in modo estremamente strategico: quelle a nord delle vele sono ovviamente più funzionali all’azione antiribaltamento rispetto alle corrispondenti a sud, dunque sono state poste proprio in corrispondenza di colonne e travi portanti dell’edificio e caricate maggiormente di cemento. Le zavorre a sud invece, sono state posizionate in mezzeria: in fase di getto abbiamo inoltre aggiunto del polistirolo alle casseforme in modo tale da alleggerirle. Nel risulta ad impianto finito un peso addizionale zavorre + meccanica + pannelli + bulloneria + cablaggio di circa 40 kg/mq, più o meno uniformemente distribuito sul solaio, abbondantemente quindi sotto il carico di progetto e con possibilità di accettare senza alcun pericolo ulteriore peso (ad esempio per accumulo di neve o spinte del vento). Successivamente una nuova guaina ha ricoperto il tutto.

Un'intelligente combinazione di perni a terra, zavorre e tiranti

Particolare importanza è stata data all’azione del vento sulla vela più esposta, che tra l’altro è anche la più alta avendo doppia fila di pannelli, vela che ovviamente “si becca” tutto il vento da nord e protegge parzialmente tutte le altre. L’azione del vento ribaltante è contrastata dal peso di zavorre, pannelli e struttura meccanica, oltreché dalle barre filettate inserite nel solaio che presentano una ben precisa forza di estrazione: l'equilibro statico della vela, matematicamente espresso dalla condizione “Momento stabilizzante = 1,5 volte Momento ribaltante” è così garantito (1,5 è il fattore di sicurezza scelto in fase progettuale). Non contenti, siccome vogliamo dormire sonni ben tranquilli anche se il sito considerato sarà un giorno investito da un uragano, abbiamo scelto di inserire, come ulteriore misura di sicurezza, dei tiranti con corde d’acciaio diametro 10 mm su ciascun triangolo di sostegno della grande vela a nord, con tasselli diametro 14 che entrano nel cemento armato del solaio e lavorano perpendicolarmente alla direzioni di tensione delle funi.

I pannelli non sono solamente fissati mediante i classici morsetti ad omega, ma anche imbullonati in tutti e 4 i punti, nelle asole previste delle cornici d'alluminio, con bulloni diametro 6 e dadi corrispondenti. Una rosetta dentellata andrà a scalfire l’anodizzazione isolante del pannello garantendo la continuità elettrica delle cornici con la struttura metallica, messa a sua volta “a terra”.

Producibilità elettrica annua e benefici ambientali

Le condizioni di esposizione dell'impianto sono assolutamente eccellenti: la producibilità elettrica teorica media è stimata essere 1400 KWh all’anno per ogni KW di picco installato. L’impianto produrrà quindi indicativamente circa 15,4 MWh annui di energia elettrica (all'incirca proprio quelli consumati dall'utenza) consentendo un risparmio di energia primaria di circa 3 TEP (tonnellate equivalenti di petrolio). Considerando che in Italia per produrre un KWh elettrico si immettono in atmosfera 0,53 Kg di gas serra (in base al tipico mix energetico nazionale), segue che il campo fotovoltaico da 11 KW consentirà di evitare l’immissione in atmosfera di circa 8 tonnellate all’anno di gas climalteranti come CO2, metano, ossidi di azoto, ossidi e solfuri di zolfo.

Benefici economici dell'impianto

Infine, un po' di considerazioni economiche sull’impianto. Esso è costato all'incirca 18.000 euro, ma non saranno presenti costi di manutenzione successivi per almeno altri 10 anni: la struttura è stata realizzata con i migliori materiali italiani ed europei che il mercato può offrire e con grande e meticolosità, estrema competenza e particolare cura dei dettagli proprio per esser “manteinence free”. I 15.400 KWh annui di energia elettrica prodotti annualmente, genereranno tra rimborsi SSP e risparmio in bolletta per l'autoconsumo dell’energia prodotta ed istantaneamente consumata, un guadagno annuo al netto delle imposte di circa 4.000 euro. Considerato poi tutti i benefici fiscali connessi all'acquisto dell'impianto (tra cui un superammortamento al 140%), si può dire che l'operazione ha davvero avuto convenienza altissima. La proprietà di questa azienda è stata lungimirante: con un investimento ragionevole si è messa al riparo dai grossi aumenti del costo dell'energia che ci sono stati negli ultimi tempi e prevedibilmente ci saranno in futuro. Il TRA dell'investimento, ovvero il tempo di ritorno attualizzato è di soli 6 anni; il VAN, ovvero il valore attuale netto, è superiore a 50.000 euro in 30 anni; il TIR ovvero il tasso interno di rendimento è del 22%; il ROI (return on investment) è di 2,99. Capiamo bene però che non tutti sono esperti di teoria dell’analisi economica degli investimenti: cosa significa in soldoni tutto questo? Significa sostanzialmente che il cliente per ogni ogni euro investito ne ha guadagnati praticamente 3; che tra 30 anni avrà avuto un guadagno, al netto delle spese di acquisto, superiore a 50.000 euro; che ha fatto un investimento il cui tempo di ammortamento è di soli 6 anni ma dalla durata molto maggiore. Tutti i flussi di cassa sono negativi fino al quinto anno perché i guadagni dell'energia autoprodotta ancora non compensano ed eguagliano la spesa sostenuta, ma dal sesto anno in poi si è già in attivo. Sostanzialmente, è come se il cliente, lungimirante ed attento all'ambiente, avesse messo soldi in banca, con un vincolo minimo di 6 anni, ma con tasso di rendimento del 22%. Se riuscite a trovare un investimento bancario così sicuro ed etico con un rendimento così alto, scriveteci! Giuro che vi paghiamo da bere... e non una birra alla spina 0.2, ma una bottiglia di Barolo o Brunello di Montalcino!