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Impianto fotovoltaico: da cosa dipende il rendimento?

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Guida completa ai fattori da cui dipende il rendimento di un impianto fotovoltaico

Impianti fotovoltaici di dimensioni e caratteristiche simili non producono necessariamente la stessa quantità di energia. Il rendimento di un impianto fotovoltaico infatti dipende anzitutto dall’irraggiamento del luogo in cui viene installato. A questa vanno aggiunte una serie di variabili specifiche come la qualità delle componenti utilizzate, l’orientamento e l’inclinazione dei pannelli, le perdite e il livello di invecchiamento dell’impianto.

L’IRRAGGIAMENTO

È la misura dell'energia solare che raggiunge, nell’arco di un secondo, una superficie di un metro quadrato.
Il valore medio dell'irraggiamento sulla superficie dell’atmosfera terrestre è pari a circa 1.367 W/mq. Tuttavia non tutta l’energia solare arriva sulla superficie terrestre, poiché in parte viene dispersa e riflessa dall’atmosfera; inoltre, nel corso dell'anno, il valore dell’irraggiamento oscilla a causa della variazione della distanza della Terra dal Sole e dei cicli solari. Sostanzialmente l'irraggiamento della superficie terrestre può raggiungere il valore massimo di 1.000 W/mq solo quando il tempo è sereno e il sole si trova allo zenit, ovvero nel suo punto più alto.
Sulla superficie terrestre, quindi, questo valore dipende dalla latitudine (che è la distanza dall’equatore), dalla stagione, dall'ora del giorno, dalle condizioni meteorologiche (nuvole, nebbia etc.) e dall'inquinamento atmosferico.

concetto-di-rendimento-impianto-fotovoltaico-pannelli-neve.jpg

È possibile calcolare la quantità di energia che colpisce un metro quadro di superficie di un certo luogo in un anno.
Ad esempio, in un anno un metro quadro di superficie non ombreggiata

  • a Milano riceve circa 1.640 kWh di energia solare
  • a Roma riceve  circa 1.900 kWh di energia solare
  • a Palermo  riceve  circa 2.060 kWh di energia solare

In altri termini, più ci si avvicina all'equatore più aumenta la quantità di energia solare disponibile.
Questo dato rappresenta la quantità massima di energia solare che può essere trasformata in energia elettrica da un metro quadro di pannello fotovoltaico nel corso di un anno. Naturalmente non tutta l'energia solare è trasformabile in energia elettrica.

L’ORIENTAMENTO E L’INCLINAZIONE DEI PANNELLI

L’orientamento e l’inclinazione dei pannelli sono due dei principali fattori esterni da cui dipende il rendimento dell’impianto, che si aggiungono all’irraggiamento, alla temperatura esterna e alla pulizia dei pannelli; la presenza di polvere e sporcizia infatti può ridurne le prestazioni.
Per i pannelli che vengono installati in Italia, l’angolo di inclinazione ottimale è tra i 30 e 35 gradi rispetto al terreno. In generale l’angolo si avvicina allo zero in prossimità dell’equatore, mentre allontanandosi i pannelli dovranno essere installati in posizione sempre più verticale.

inclinazione-pannelli-fotovoltaico-domestico.jpg

Quanto all’orientamento, nel nostro caso l’ideale è che i pannelli siano rivolti a Sud, anche se può andare bene anche a Sud-Est o Sud-Ovest, accettando un calo di rendimento vicino al 5%. Scegliendo soluzioni diverse, invece, il calo può essere drastico, fino ad arrivare a un -50% nel caso di impianti rivolti a Nord, ma anche del -18% se i pannelli guardano a Est o a Ovest.

Un’altra variabile importante, e forse non abbastanza conosciuta, è la temperatura: il rendimento dei pannelli fotovoltaici diminuisce quando la temperatura esterna è troppo alta o troppo bassa. Quella ideale perché l’impianto renda al meglio è di circa 25 gradi, anche se a seconda di marche e modelli si possono ottenere prestazioni diverse.

Tra i fattori “esterni” all’impianto che hanno una ricaduta diretta sulle prestazioni dei pannelli ci sono infine la loro pulizia e la presenza di eventuali aree di ombreggiamento durante l’arco della giornata. Nel caso in cui ci siano ombre, come ad esempio quelle di eventuali camini o antenne o strutture nelle vicinanze del tetto, sarà importante utilizzare gli ottimizzatori per evitare che il problema possa incidere non soltanto sul modulo interessato, ma anche su quelli collegati.

PERDITE DELL’IMPIANTO E INVECCHIAMENTO

Alle cause esterne da cui dipendono le prestazioni di un impianto fotovoltaico, come dicevamo, devono essere aggiunte anche quelle “interne”, che riguardano cioè i singoli componenti e le loro condizioni, e che dipendono anche dalla qualità di ciò che si installa. Per dare un valore medio indicativo, all’inverter possono essere dovute perdite di prestazioni che arrivano fino all’8%, alle componenti elettriche perdite del 2%, alle cosiddette “perdite di mismatch”, quindi al collegamento in serie di più pannelli, possono essere attribuibili cali fino al 3%. Quanto infine alle perdite di prestazioni dovute all’invecchiamento dell’impianto, si può stimare un valore medio di questo fattore tra lo 0,5 e lo 0,8% ogni anno. A seconda delle componenti scelte, la garanzia offerta dai produttori varia dai 10 ai 25 anni. 

MISURARE QUANTO RENDE UN IMPIANTO

Uno degli interrogativi che si pone chi sta valutando la decisione di installare nella propria abitazione un impianto fotovoltaico è quello di capire quanta energia sarà in grado di produrre. Per andare incontro a questa esigenza con uno strumento affidabile l’Institute for Energy and Transport della Commissione europea ha messo a punto un tool ad hoc consultabile online e basato sul Pvgis (Photovoltaical geographical information system), il sistema informativo geografico sul fotovoltaico mirato sulle aree geografiche dell’Europa, dell’Africa e del Sud-Est asiatico.
Inserendo nel form online il punto in cui si trova l’abitazione, che tipo di pannelli si ha intenzione di utilizzare e qual è l’inclinazione e l’orientamento dei pannelli, il sistema è in grado di calcolare con una buona approssimazione il rendimento dell’impianto.