Fasi preliminari nella progettazione degli impianti fotovoltaici
Individuata la posizione geografica esatta del luogo della installazione, per progettare correttamente un impianto fotovoltaico, occorre primariamente conoscere l'elevazione solare in ogni ora del giorno e in ogni stagione dell'anno. Ciò consente di determinare la posizione, l'orientamento e l'inclinazione di ogni pannello fotovoltaico in modo da massimizzare la ricezione del modulo e prevedere in quali momenti dell'anno possano verificarsi eventuali fenomeni di ombreggiamento sul ricettore. Se si è in una fase progettuale non troppo avanzata (e quindi sono sufficienti stime di massima) si può determinare, attraverso le tabelle di insolazione media, il soleggiamento medio giornaliero del luogo, espresso in kWh/m2. La progettazione degli impianti fotovoltaici richiede, altresì, uno studio di integrazione architettonica o paesaggistica.
Calcolo del numero dei moduli e della potenza da installare
Requisito di partenza della progettazione degli impianti fotovoltaici è il carico da alimentare, o consumo giornaliero da coprire, in modo totale o parziale. La determinazione del parametro consumo giornaliero si basa sull'analisi delle bollette, fase che richiede uno studio accurato dei consumi dell'utenza nell'arco di un intero anno solare. Un valore tipico si aggira sui 3 kWh al giorno e a persona, per abitazioni civili. Pertanto, dopo aver determinato il soleggiamento, il consumo giornaliero, fissato il "Performance Ratio" (in genere pari a 0,8), si passa, attraverso una verifica ciclica, alla scelta del modulo fotovoltaico da installare, commercialmente identificato da una potenza di picco. Il rapporto tra la potenza totale dell'impianto, funzione del carico, del soleggiamento e del "Performance Ratio", e la potenza di picco del modulo, stabilisce il numero di moduli.
Scelta del sistema di accumulo e dell'inverter
Stabiliti la potenza da installare per coprire interamente il fabbisogno energetico e, successivamente, il numero dei moduli fotovoltaici, si passa alla definizione del sistema di accumulo di energia. Buona norma è garantire la copertura dell'intero fabbisogno energetico giornaliero per un periodo di alemeno tre giorni senza irraggiamento solare. La potenza di accumulo è funzione del consumo giornaliero, del numero dei giorni senza irraggiamento e del coefficiente di profondità di scarica. Infine l'inverter (che trasforma la corrente continua del modulo in alternata) va dimensionato in relazione alla potenza dell'impianto da gestire. Infatti, nei piccoli impianti fino a 6 kW con allacciamento monofase alla rete, si installa un inverter soltanto; più inverter, invece, si collegano agli impianti oltre i 6 kW con allacciamento alla rete trifase.
Calcolo dei costi e dei tempi di ritorno economico
La progettazione degli impianti fotovoltaici è completa quando è supportata da un'analisi dei costi dell'impianto e da un'analisi economica dell'investimento. Quali sono, allora, le voci di costo di un impianto fotovoltaico? Innanzitutto l'acquisto dei moduli, poi il loro montaggio, l'acquisto di inverter e accumulatore, e quindi le spese per il montaggio dell'intero sistema elettronico e impiantistico. Infine, lo studio dei tempi di ritorno economico dell'investimento si effettua determinando i flussi di cassa annuali, attraverso un'analisi benefici-costi al fine di valutare la redditività e la convenienza dell'investimento: si tratta, in pratica, di confrontare l’investimento iniziale, comprensivo dei costi di manutenzione, con la redditività (funzione della produzione prevista e del prezzo dell'energia) nel periodo di vita dell'impianto, attualizzata al momento della stima.