Rendimento dei pannelli fotovoltaici: i fattori da valutare

L’installazione di un impianto fotovoltaico può presentare numerosi vantaggi sia dal punto di vista ambientale che da quello economico.

Il rendimento dei pannelli solari è però influenzato da vari aspetti che incidono in maniera significativa sulla produzione energetica annua. Una valutazione inadeguata di questi elementi potrebbe compromettere l’efficienza dell’intero impianto.

Per ottenere i risultati desiderati e dimensionare correttamente un impianto fotovoltaico, ti consiglio di provare subito gratuitamente la versione trial di un software fotovoltaico in grado di assisterti durante tutta la progettazione.

Cosa si intende per rendimento di un impianto fotovoltaico

In fase di progettazione è opportuno considerare alcune caratteristiche che influenzano la quantità di energia captata e prodotta e il rendimento dell’impianto.

Prima di definire il rendimento dell’impianto fotovoltaico, occorre analizzare il rendimento del singolo pannello fotovoltaico.

La potenza dei pannelli fotovoltaici è calcolata in condizioni STC (Standard Test Condition), ossia con un irraggiamento di 1000 W/m², temperatura di 25 °C, distribuzione spettrale = 1,5.

Il rendimento di un pannello è la quantità di energia solare che lo stesso riesce a convertire in energia elettrica per unità di superficie ed è sempre il massimo rendimento alle condizioni STC.

Il rendimento di un pannello fotovoltaico si calcola conoscendo la potenza di picco e le dimensioni:

Calcolo del rendimento dei pannelli fotovoltaici

ove:

• la potenza è la potenza di picco espressa in W;
• la superficie è la superficie del pannello in m²;
• 1000 è l’irraggiamento di 1000 W/m²;
• 100 è il fattore percentuale.

Facciamo un esempio pratico: nel caso di un pannello da 250 W_p di dimensioni pari a 1.65 m x 1 m (superficie pari a 1.65 m²), otteniamo:

Rendimento  = (250 / 1,65 / 1000) * 100 = 15,15%

Le dimensioni e la potenza di picco sono rilevabili sulle schede tecniche dei pannelli o sulle etichette degli stessi.

A questo punto possiamo introdurre il concetto di rendimento dell’impianto fotovoltaico, che esprime il rapporto tra la quantità prodotta e quella massima producibile.

Il rendimento dell’impianto è influenzato da diversi fattori (e non solo dal rendimento dei moduli).

Fattori che influenzano il rendimento dei pannelli solari

I principali fattori che influiscono rendimento dell’impianto sono:

• caratteristiche intrinseche dei pannelli;
• inclinazione dei pannelli;
• esposizione dei pannelli;
• ombreggiamento;
• distanza tra le file;
• perdite energetiche.

Rendimento dei pannelli fotovoltaici: fattori influenzanti

Scelta dell’esposizione e inclinazione dei pannelli

Prima dell’installazione dell’impianto fotovoltaico, è opportuno verificare che il pannello abbia la corretta esposizione al sole e l’adeguata inclinazione.

Per captare la massima radiazione solare, i pannelli solari vanno orientati verso Sud; tuttavia, anche i moduli esposti in direzione Sud-Est e Sud-Ovest possono essere performanti.

L’inclinazione (tilt) è variabile e dipende dalla latitudine. Valori orientativi alle nostre latitudini sono 20-40°.

Per determinare in maniera esatta il miglior valore in funzione della zona di installazione ti consiglio di affidarti a un software fotovoltaico, che ti consente di stimare la produzione solare fotovoltaica a partire da dati concreti di irraggiamento solare, disponibili per tantissime località in Italia e all’estero, prelevati dalle principali banche dati climatiche di riferimento:

• UNI 10349 ed ENEA per tutto il territorio italiano;
• PVGIS per Europa, Africa, Bacino del Mediterraneo e Sud-Ovest asiatico.

Inclinazione 30-35° – Direzione Sud

Distanza tra le file

Nel caso di posizionamento su una superficie orizzontale, oltre a stabilire l’orientamento e l’inclinazione, bisogna calcolare la distanza tra le file di moduli in modo da trovare il giusto compromesso tra la massimizzazione di potenza installabile sulla superficie e la minimizzazione di ombreggiamenti tra le file.

Per stabilire la distanza tra le file ottimale, bisogna considerare la superficie su cui l’impianto verrà installato:

• se la superficie è inclinata, i pannelli sono generalmente installati in maniera complanare con la falda del tetto e non è necessario calcolare la distanza (l’inclinazione è quella della falda);
• se l’impianto è installato a terra o su una copertura piana, occorre determinare correttamente inclinazione e distanza tra le file, al fine di evitare ombreggiamenti dovuti ai moduli stessi, anche in considerazione dell’orario e dei periodi dell’anno.

Sarà dunque necessario calcolare l’altezza (H) e la distanza (D) tra una fila di moduli e l’altra. Nel caso in cui la distanza non è calcolata in maniera corretta, si può verificare il fenomeno delle ombre portanti, ossia i moduli posti davanti creano degli ombreggiamenti su quelli retrostanti.

Distanza tra le file dei pannelli solari

Per gestire il fenomeno delle ombre portanti senza perdere tempo e per essere sicuro di avere risultati affidabili, ti suggerisco di affidarti ad un software fotovoltaico in grado di calcolare automaticamente la distanza minima di installazione delle file dei pannelli fotovoltaici su qualsiasi superficie (orizzontale, verticale o inclinata).

Coefficiente di ombreggiamento

Un altro fattore fondamentale per garantirsi la prestazione ottimale dei pannelli è il coefficiente di ombreggiamento, che si calcola mediante la cosiddetta analisi di ombreggiamento.

L’analisi di ombreggiamento è lo studio degli elementi architettonici o naturali circostanti l’impianto, che consente di verificare in che modo essi possano intervenire sulla radiazione solare incidente e se, eventualmente, siano causa di ombre sulle superfici captanti.

Una corretta analisi di ombreggiamento prevede un sopralluogo, durante il quale si realizza un’analisi inclinometrica, ossia si verifica la presenza di eventuali oggetti che potrebbero causare delle ombre e si calcola il loro azimut.

La rilevazione dell’azimut avviene nel seguente modo:

1. ci si posiziona nel sito in cui si andrà ad installare l’impianto e con una bussola si rileva in che punto cardinale si trova l’elemento rispetto a noi (in questo caso l’albero è situato verso Est);
2. si calcola l’elevazione di questo elemento (ad esempio 10°);
3. si calcola il valore di inclinazione: guardando con un binocolo o una macchina fotografica, la punta dell’albero, che rappresenta il confine tra la volta celeste e l’elemento che può fare ombra, si osserva il livello di inclinazione, rappresentato dall’angolo α. Per misurare questo angolo α, si usa l’inclinometro, ossia un goniometro con un filo a piombo, che consente di capire di quanto ci si è elevati rispetto ad una visuale orizzontale.

Misurazione Azimut di un albero

Questo fattore viene calcolato per ogni oggetto che potrà causare un’ombra sui pannelli. Successivamente, tali valori verranno integrati su una mappa solare di coordinate cartesiane (diagramma solare) e analizzati con uno specifico software fotovoltaico che consente di verificare se durante alcuni periodi dell’anno, quegli elementi porteranno ombre sull’impianto.

Diagramma solare per la verifica di ombreggiamento

Ad esempio, l’immagine è un esempio di diagramma solare in cui possiamo vedere:

• i punti cardinali sulle ascisse;
• i valori di elevazione sulle ordinate;
• le curve solari rappresentate dalle linee gialle;
• la schematizzazione geometrica degli elementi che causano ombra (ad esempio delle circonferenze verdi per rappresentare gli alberi).

Il calcolo preciso dei valori di elevazione e di orientazione degli elementi circostanti i moduli, può diventare un processo molto arduo se non si fa affidamento a specifici software di riferimento. Con il software fotovoltaico Solarius PV, potrai valutare gli ombreggiamenti provenienti da tutti gli ostacoli lontani o vicini dall’impianto (alture, edifici, alberi, ecc.) a partire da un semplice rilievo fotografico e realizzare il diagramma solare del sito di installazione.

Perdite di energia

Per calcolare l’effettivo rendimento dell’impianto solare vanno considerate le varie perdite energetiche che ci possono essere durante la conversione di energia solare in elettrica.

Al riguardo possiamo considerare il balance of system (BOS) che esprime in percentuale le perdite di energia nell’impianto dovute a vari fattori, quali l’accoppiamento tra i vari moduli FV, i collegamenti con l’inverter, le perdite nei quadri, le perdite nei conduttori, ecc.

Si tratta di:

• perdite  per riflessione;
• perdite per ombreggiamento;
• perdite per mismatching;
• perdite per effetto della temperatura;
• perdite nei circuiti in continua;
• perdite negli inverter;
• perdite nei circuiti in alternata.

Le perdite nel quadro di corrente continua dipendono dalla lunghezza dei cavi: cablaggi più lunghi provocheranno maggiori perdite.

Il fenomeno del mismatching è dovuto alle piccole differenze nelle caratteristiche elettriche che ci sono tra i vari moduli; in base alla configurazione delle stringhe questo può comportare una diminuzione dell’energia prodotta.

Per calcolare con precisione l’effettivo rendimento dei pannelli fotovoltaici, è opportuno considerare tutti i fattori sopra menzionati. Ritorna nuovamente utile l’utilizzo di un software fotovoltaico che puoi scaricare gratuitamente per valutare le ombre, calcolare l’irraggiamento solare e considerare le varie perdite energetiche.

Indirizzo articolo: https://biblus.acca.it/rendimento-dei-pannelli-fotovoltaici-i-fattori-da-valutare/