In questa mini guida vediamo come funziona un impianto fotovoltaico e come riesce a produrre energia sfruttando l\u2019energia del sole. Vediamo quali sono le componenti principali e quali sono i fattori che ne possono compromettere il rendimento. Vedremo, poi, come dimensionare il giusto impianto partendo dalla bolletta elettrica, cio\u00e8 dai propri consumi effettivi e come mitigare al massimo le perdite dovute agli ombreggiamenti ed altre inefficienze.<\/p>\n
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![\"come](\"https:\/\/www.fotovoltaiconorditalia.it\/wp-content\/uploads\/2017\/04\/come-funziona-impianto-fotovoltaico-e-come-produce-energia-elettrica.jpg\")
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Come funzionano gli impianti fotovoltaici<\/h2>\n
I pannelli fotovoltaici, costituiti dall\u2019unione di pi\u00f9 celle fotovoltaiche, convertono l\u2019energia dei fotoni in elettricit\u00e0. Il processo che crea questa \u201cenergia\u201d viene chiamato\u00a0effetto fotovoltaico<\/em>, ovvero il meccanismo che, partendo dalla luce del sole, induce la \u201cstimolazione\u201d degli elettroni presenti nel silicio di cui \u00e8 composta ogni cella solare.<\/p>\n Semplificando al massimo: quando un fotone colpisce la superficie della cella fotovoltaica, la sua energia viene trasferita agli elettroni presenti sulla cella in silicio. Questi elettroni vengono\u00a0\u201ceccitati\u201d<\/em>\u00a0e iniziano a fluire nel circuito producendo corrente elettrica. Un pannello solare produce energia in\u00a0Corrente Continua<\/em>, in inglese:\u00a0DC<\/strong>\u00a0(Direct Current).<\/p>\n Sar\u00e0 poi compito dell\u2019inverter convertirla in\u00a0Corrente Alternata<\/em>\u00a0per trasportarla ed utilizzarla nelle nostre reti di distribuzione. Gli edifici domestici e industriali, infatti, sono predisposti per il trasporto e l\u2019utilizzo di corrente alternata.<\/p>\n <\/p>\n Come molti sanno ogni sistema fotovoltaico \u00e8 formato da almeno due componenti di base:<\/p>\n Ecco lo \u201cschema di base\u201d di un semplice impianto fotovoltaico, costituito da 18 pannelli collegati in un\u2019unica stringa ad un unico inverter DC\/AC.<\/p>\n Schema di base di un impianto fotovoltaico da 4,5 kWp costituito da 18 moduli collegati in serie un un\u2019unica stringa e ad un unico Inverter.<\/p>\n<\/div>\n <\/p>\n Oltre a queste componenti principali ci sono poi i quadri elettrici, i cavi solari, le strutture di supporto, centraline, ecc..<\/p>\n <\/p>\n Non tutti sanno che l\u2019efficienza di conversione di ogni impianto fotovoltaico\u00a0non<\/strong>\u00a0\u00e8 del 100%. Cio\u00e8: i pannelli, le celle solari, che vengono colpiti dai raggi del sole, non trasformano\u00a0tutta<\/em>\u00a0l\u2019energia ricevuta in elettricit\u00e0. Riescono a convertirne solo una parte: questa \u00e8 l\u2019efficienza di conversione. \u00a0I migliori moduli hanno un\u2019efficienza di conversione intorno al 20-22%. Ci\u00f2 significa che solo un quinto dell\u2019energia solare che colpisce il pannelli viene effettivamente convertita in elettricit\u00e0. Alcuni moduli \u201csperimentali\u201d riescono ad ottenere efficienze di conversione anche oltre il 30%, ma per questi i costi di produzione sono ancora troppo elevati.<\/p>\n Oltre a questo fattore \u201cfisiologico\u201d, molti altri determinano l\u2019effettivo rendimento di ogni impianto. Si tratta sia di \u201cperdite\u201d dovute a fattori ambientali, sia di inefficienze dovute a varie dispersioni elettriche (cavi, apparecchi, trasporti,\u2026).<\/p>\n Tipicamente i fattori che determinano il\u00a0rendimento di un impianto fotovoltaico<\/strong>\u00a0sono:<\/p>\n <\/p>\n Ecco un quadro riassuntivo dei principali e\u00a0tipici<\/em>\u00a0valori di efficienza di un impianto fotovoltaico.<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n I fattori sopra esposti vengono combinati in un indice, per la precisione: un\u00a0coefficiente<\/em>, che serve a rappresentare quello che in inglese viene chiamato il\u00a0\u201cSystem Derate Factor\u201d<\/em>\u00a0cio\u00e8: il coefficiente di riduzione dell\u2019efficienza di un impianto fotovoltaico. Alcuni fattori che incidono sono (pi\u00f9 o meno) \u201cfissi\u201d e calcolabili, altri sono estremamente variabili e dipendono dal luogo in cui viene installato l\u2019impianto.<\/p>\n Alcuni simulatori, tra cui\u00a0 il\u00a0PVWatts Calculator<\/strong><\/em>\u00a0del Laboratorio Nazionale del Dipartimento Statunitense dell\u2019Energia, considerano per questo indice un valore di\u00a0default<\/em>\u00a0pari all\u201986%<\/strong>. Questo per\u00f2 rimane solo un valore indicativo che pu\u00f2 essere estremamente\u00a0variabile<\/strong>\u00a0in base alle situazioni in cui viene installato l\u2019impianto fotovoltaico.<\/p>\n Come gi\u00e0 accennato l\u2019indice di efficienza di un pannello fotovoltaico indica quanta parte dell\u2019energia solare che arriva sul modulo viene effettivamente convertita in corrente elettrica. Per fare questa misurazione vengono in genere considerate alcune\u00a0\u201ccondizioni standard\u201d<\/em>: le cosiddette STC,\u00a0Standard Test Conditions<\/em>. Queste prevedono, in laboratorio, una temperatura di funzionamento di 25\u00b0C ed un irraggiamento solare pari a 1.000 Watt\/m2<\/sup>.<\/p>\n Ecco la formula che viene utilizzata per stimare l\u2019efficienza di un impianto fotovoltaico, ovvero l\u2019efficienza di conversione dell\u2019energia solare in elettricit\u00e0:<\/p>\n <\/p>\n Efficienza Complessiva Impianto Fotovoltaico = (Efficienza Modulo FV) X (System Derate Factor<\/em>)<\/p>\n <\/p>\n Ovviamente le stime di produzione di un impianto vengono fatte con appositi software in grado di calcolare e considerare tutte le variabili in gioco, compresi i \u201ccalcoli degli ombreggiamenti\u201d.<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n Come di consueto, si parte dai \u201cbisogni\u201d. Qual \u00e8 il primo strumento che abbiamo per capire di quanta elettricit\u00e0 abbiamo bisogno? La\u00a0Bolletta Elettrica<\/strong>.<\/p>\n Normalmente la bolletta ci da alcune importanti indicazioni su come dimensionare correttamente un impianto fotovoltaico: ci indica quali sono i nostri consumi e ci indica, soprattutto, in quali\u00a0fasce orarie<\/em>\u00a0avvengono. L\u2019altro elemento che ci indica la bolletta \u00e8.. il\u00a0costo: q<\/em>uanto spendiamo mensilmente per far fronte ai bisogni energetici della nostra abitazione o della nostra attivit\u00e0?<\/p>\n Con queste importanti informazioni siamo gi\u00e0 in grado di fare i nostri calcoli per capire se e quanto il fotovoltaico pu\u00f2 esserci utile, se e quanto pu\u00f2 farci risparmiare, considerando che l\u2019impianto produce molto di giorno \u201cinseguendo\u201d i cicli giorno\/notte e estate\/inverno.<\/p>\n La bolletta elettrica, dunque, rivela informazioni su costi e consumi elettrici. Con queste informazioni \u00e8 possibile stimare le dimensioni pi\u00f9 adatte per il nostro impianto fotovoltaico che possono compensare i nostri consumi in maniera ottimale.<\/p>\n Fabbisogno giornaliero di energia =\u00a0consumo medio mensilegiorni del mese<\/em><\/p>\n <\/p>\n Ipotizzando un consumo mensile di una piccola attivit\u00e0 pari a 500 kWh e considerando un mese di 30 giorni, abbiamo:<\/p>\n Fabbisogno giornaliero di energia =\u00a0500 kWh\/mese30\u00a0= 16,7 kWh\/giorno<\/em><\/p>\n <\/p>\n Avremo bisogno di un impianto che produca, in media, 16 kWh\/giorno. La produzione giornaliera \u00e8 molto variabile in base alle stagioni: d\u2019inverno l\u2019impianto produrr\u00e0 meno di questa media. D\u2019estate dovr\u00e0 produrre di pi\u00f9. Il meccanismo dello scambio sul posto andr\u00e0 a compensare (in parte) queste fluttuazioni produttive stagionali.<\/p>\n <\/p>\n Oltre al fabbisogno giornaliero dobbiamo considerare il valore dell\u2019irraggiamento solare che varia in base a dove viene installato il fotovoltaico. Come parametro di riferimento vengono utilizzate le\u00a0Ore di Sole Equivalenti<\/strong><\/em>\u00a0per ogni specifica zona. Per individuare le\u00a0\u201core di sole equivalenti\u201d<\/em>\u00a0ci sono apposite tabelle, ma indicativamente possiamo definirle come il numero ipotetico di ore giornaliere in cui l\u2019irraggiamento a 1.000 Watt\/m2<\/sup>\u00a0produrrebbe l\u2019energia prodotta in media da quella zona. Per esempio:\u00a0\u201c6 ore equivalenti\u201d<\/em>\u00a0significa che in una zona l\u2019energia ricevuta dal sole in un giorno equivale all\u2019energia che avrebbe ricevuto la stessa zona in\u00a0sei ore<\/em>\u00a0con un irraggiamento pari a 1.000 Watt\/m2<\/sup>. E\u2019 una sorta di \u201cnormalizzatore\u201d per misurare il potenziale di produzione di un luogo e poterlo confrontare con altri luoghi.<\/p>\n Graficamente possiamo rappresentarlo in questo modo.<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n Ipotizzando di trovarci in una zona pari a 5,2 Ore-Equivalenti-Giorno, questa \u00e8 la formula per individuare il dimensionamento pi\u00f9 adatto dell\u2019impianto che corrisponde al nostro fabbisogno giornaliero.<\/p>\n Potenza Impianto FV =\u00a0Fabbisogno Giornaliero di energiaOre di Sole Equivalenti Giornaliere\u00a0=\u00a016,7 kWh\/giorno5,2 Ore\/Giorno\u00a0= 3,21 kWp <\/p>\n Questa sarebbe la dimensione dell\u2019impianto fotovoltaico se il nostro sistema avesse un\u2019efficienza pari al 100%. Come detto cos\u00ec non \u00e8. Per questo bisogna \u201ccorreggere\u201d questo dimensionamento considerando un tasso medio di inefficienza dovuta a tutti i fattori che abbiamo gi\u00e0 elencato in questo articolo: non solo l\u2019efficienza di conversione dell\u2019energia solare, ma anche sporcizia, dispersioni dovute ai cablaggi, connettori, degrado fisiologico dovuto all\u2019anzianit\u00e0 dei moduli, ecc\u2026<\/p>\n Un tasso di inefficienza \u201cstandard\u201d che tipicamente viene preso in considerazione \u00e8 pari 0.8, ma pu\u00f2 anche essere molto diverso in relazione al luogo ed alle condizione di installazione.<\/p>\n Dobbiamo quindi aggiungere alla formula questa correzione:<\/p>\n Dimensionamento Impianto FV =\u00a0Potenza teorica ImpiantoTasso di Inefficienza\u00a0=\u00a03,21 kW0,80\u00a0= 4,01 kWp <\/p>\n Il dimensionamento ottimale di un impianto fotovoltaico per un fabbisogno di circa 16 kWh\/giorno in una zona con circa 5 Ore Picco di Sole Equivalenti \u00e8 dunque di 4 kWp. Ovviamente l\u2019esempio non prende in considerazione l\u2019incidenza di eventuali obreggiamenti.<\/p>\n <\/p>\n Siccome ogni impianto fotovoltaico produce energia elettrica sulla base della luce del sole che riceve, lo studio delle ombre \u00e8 una questione fondamentale per calibrare bene ogni installazione solare.<\/p>\nI componenti di un impianto fotovoltaico<\/h2>\n
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![\"schema](\"https:\/\/www.fotovoltaiconorditalia.it\/wp-content\/uploads\/2017\/04\/schema_base_impianto_fotovoltaico_18_moduli.png\")
<\/p>\nI fattori che condizionano l\u2019efficienza del fotovoltaico<\/h2>\n
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\nL\u2019efficienza dei moduli fotovoltaici varia in funzione della temperatura di esercizio: pi\u00f9 la temperatura di funzionamento \u00e8 elevata, meno i pannelli sono efficienti. Il surriscaldamento delle celle ha un impatto negativo sull\u2019efficienza dei moduli e sul rendimento dell\u2019intero impianto.<\/li>\n
\nI materiali che si possono accumulare sulla superficie dei pannelli (terra, sabbia, inquinamento, escrementi di volatili, foglie, resine, ecc\u2026) hanno un impatto negativo sulla piena ricezione della luce solare e ostacolano il rendimento dell\u2019impianto fv. Alla lunga potrebbero anche compromettere il ritorno economico previsto dal piano d\u2019investimento. Le perdite di rendimento dovute a questo tipo \u201cinefficienza\u201d possono essere molto variabili e dipendono molto dalle condizioni ambientali e dalla frequenza di pulizia dei pannelli. La pulitura non \u00e8, in questo caso, solo un elemento\u00a0\u201cestetico\u201d<\/em>, ma\u00a0\u201cfunzionale\u201d<\/em>.<\/li>\n
\nPossono essere \u201cpasseggeri\u201d (in alcune fasce orarie) e possono derivare dalla presenza circostante di alberi, altri edifici o anche di camini presenti sul tetto stesso. Queste sono inefficienze \u201ccalcolabili\u201d. Hanno un alto indice di variabilit\u00e0, invece, gli altri ombreggiamenti passeggeri provocati da nuvole e dell\u2019ambiente circostante. Ci sono comunque tecnologie in grado di ridurre al minimo l\u2019incidenza degli ombreggiamenti sul rendimento dell\u2019impianto fotovoltaico. Le vediamo pi\u00f9 avanti in questa guida.<\/li>\n
\nAnche l\u2019utilizzo di cavi e connettori causano piccole perdite di rendimento. Si tratta, in questo caso, di dispersioni elettriche che incidono solo in minima parte sul rendimento complessivo dell\u2019impianto.<\/li>\n
\nPotremmo tradurre il termine\u00a0Mismatch<\/em>\u00a0come \u201cmancata corrispondenza\u201d o, meglio, come\u00a0\u201cirregolarit\u00e0\u201d<\/em>. Che significa? Significa che non tutti i pannelli della stessa marca, della stessa potenza e dello stesso modello, producono in maniera perfettamente omogenea. Tra pannelli simili, sottoposti alle stesse condizioni di funzionamento, ci sono sempre minime variazioni di rendimento. Si tratta di minime variazioni \u201cdi fabbrica\u201d che danno ai pannelli caratteristiche elettriche leggermente differenti. Anche questo\u00a0\u201cmismatch\u201d<\/em>\u00a0pu\u00f2 essere uno dei fattori da prendere in considerazione per stimare le perdite di rendimento di un impianto.<\/li>\n
\nIl processo di conversione da\u00a0corrente continua<\/em>\u00a0a\u00a0corrente alternata<\/em>\u00a0per mezzo di un inverter ha normalmente un\u2019efficienza intorno al 96-97%. Gli inverter hanno tipicamente un\u2019efficienza di conversione ottimale quando la potenza della\u00a0corrente continua<\/em>\u00a0\u201cin ingresso\u201d \u00e8 elevata, ma sempre al di sotto della potenza nominale dichiarata.<\/li>\n
\nLe celle fotovoltaiche, che durano dai 20 ai 25 anni,\u00a0non<\/em>\u00a0producono in maniera omogenea durante tutto il loro periodo di vita: hanno un calo del rendimento che viene stimato a\u00a00,5% l\u2019anno<\/strong>. A fine vita un impianto fv, potr\u00e0 dunque avere un rendimento di circa il 10-12 per cento inferiore rispetto a quello che aveva all\u2019inizio. Questo dipende da un degrado \u201cfisiologico\u201d dei materiali e dei componenti e deve venire considerato fin dall\u2019inizio nel piano di ammortamento dell\u2019impianto.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n
\n \n<\/th>\n Valore tipico<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n \n Temperatura<\/strong><\/td>\n -0,5% ogni grado centigrado
\n(temperatura ottimale intorno a 25\u00b0C)<\/td>\n<\/tr>\n\n Efficienza Inverter<\/strong><\/td>\n 96,5%<\/td>\n<\/tr>\n \n Mismatch<\/strong><\/td>\n 98%<\/td>\n<\/tr>\n \n Cablature e Connessioni<\/strong><\/td>\n 98%<\/td>\n<\/tr>\n \n Sporcizia<\/strong><\/td>\n 95% (alto indice di variabilit\u00e0)<\/td>\n<\/tr>\n \n Invecchiamento moduli<\/strong><\/td>\n -0,5% l\u2019anno<\/td>\n<\/tr>\n \n Ombreggiamenti<\/strong><\/td>\n Molto variabile in base al contesto<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n Come viene calcolata l\u2019efficienza di un impianto fotovoltaico<\/h2>\n
Come dimensionare un Impianto Fotovoltaico partendo dalla Bolletta<\/h2>\n
![\"ore](\"https:\/\/www.fotovoltaiconorditalia.it\/wp-content\/uploads\/2017\/04\/ore-sole-equivalenti-energia.png\")
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\n<\/em><\/p>\n
\n<\/em><\/p>\nGli effetti degli ombreggiamenti sulla produzione dell\u2019impianto fotovoltaico<\/h2>\n
![\"Come](\"https:\/\/www.fotovoltaiconorditalia.it\/wp-content\/uploads\/2017\/04\/incidenza-delle-ombre-sul-rendimento-dei-moduli-fotovoltaici.png\")
<\/p>\n![\"A](\"https:\/\/www.fotovoltaiconorditalia.it\/wp-content\/uploads\/2017\/04\/pannelli-fotovoltaici-collegati-in-serie-e-in-parallelo.png\")
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