Cos'è il rendimento dei pannelli fotovoltaici
L’efficienza energetica di un impianto fotovoltaico si valuta con il rendimento, un parametro che esprime la quantità di energia solare convertita in energia elettrica dall’impianto per unità di superficie. È espresso in percentuale e calcolato in laboratorio in condizioni STC (Standard Test Condition), ovvero con un irraggiamento di 1000 W/m², temperatura di 25 °C, e distribuzione spettrale = 1,5. Più alto è il valore del rendimento, più ampia è la frazione di energia solare incidente sul pannello fotovoltaico che viene convertita in energia elettrica.
Il rendimento, quindi, è un valore cruciale per valutare l’efficienza e l’ottimizzazione tecnologica dell’impianto fotovoltaico. Di conseguenza, è l’indice a cui affidarsi per un acquisto consapevole che possa garantire la massima operatività ai pannelli in base alle condizioni geografico-ambientali del luogo di installazione e ad altri fattori inficianti sulla loro efficienza. Prima di scoprirli, però, vediamo come si calcola il rendimento fotovoltaico. Di conseguenza, è l’indice a cui affidarsi per un acquisto consapevole che possa garantire la massima operatività ai pannelli in base alle condizioni geografico-ambientali del luogo di installazione e ad altri fattori inficianti sulla loro efficienza. Prima di scoprirli, però, vediamo come si calcola il rendimento fotovoltaico.
Come si calcola il rendimento dei pannelli fotovoltaici
In media, i moderni pannelli solari hanno un rendimento che oscilla tra il 15 e il 20%. Un valore sempre in crescita, a cui si accompagna un aumento di potenza che colloca gli attuali pannelli fotovoltaici tra i 250W e i 370W. Per calcolare il rendimento, la formula è la seguente:
Rendimento% = (Potenza/Superficie/1000) x 100
La potenza si misura in Watt (W) e la superficie di ricezione dell’irraggiamento dell’energia solare in m². Prendiamo, ad esempio, l’impianto fotovoltaico da 3kW Black Edition di Enel Energia, dove il valore 3kW indica la potenza dell’impianto, mentre la potenza di ciascun pannello solare è di 405 W (0,405 kWp), di poco superiore alla media dei modelli in commercio.
Considerando una superficie fotovoltaica di 1,96 m² (date le misure di ciascun pannello solare 1,89 x 1,04 m), possiamo applicare la formula di calcolo del rendimento: Rendimento% = (405/1,96/1000) x 100. Si ottiene, come indicato sulla scheda tecnica alla voce “Efficienza moduli”, un rendimento di circa 20,6%, che corrisponde al rendimento reale o effettivo del nostro impianto fotovoltaico.
Tuttavia, la norma CEI EN 61724 ha introdotto la PR (Performance Ratio) come il rapporto tra il rendimento reale e un possibile rendimento teorico. La Performance Ratio permette quindi di valutare il rapporto tra l’energia prodotta in kWh dall’impianto fotovoltaico in un dato periodo di tempo e la quantità dell’energia solare che ha colpito la superficie fotovoltaica secondo l’efficienza di conversione elettrica dei pannelli solari. In media, la PR ha un valore tra il 75 e l’85%.
Fattori che influenzano la resa dei pannelli fotovoltaici
Se la Performance Ratio permette di determinare quanto la produzione energetica di un impianto fotovoltaico sia efficiente nel tempo, ci sono altri fattori, interni ed esterni, che influenzano il rendimento dei pannelli solari.
Tra i fattori esterni intervengono sul rendimento:
- Orientamento e latitudine geografica: la localizzazione dei pannelli solari, unita al loro orientamento, detto angolo di inclinazione, determina il gradiente di esposizione solare. Una precisa e strategica inclinazione è determinante per un maggiore assorbimento di energia solare e una più alta efficienza energetica. L’orientamento migliore, nell’emisfero boreale, è verso sud, con un angolo di inclinazione dei moduli che cresce con l’aumento della latitudine e diminuisce avvicinandosi all’Equatore. In Italia, l’inclinazione ottimale è di 30-35°, mentre nei Paesi Nordici può superare anche i 60°.
- Qualità dei materiali: la tecnologia impiegata per la costruzione dei pannelli solari incide notevolmente sul rendimento dell’impianto. I pannelli fotovoltaici più efficienti sono i monocristallini, realizzati in silicio di elevata purezza, più costosi, ma meno ingombranti a livello di spazio. I policristallini sono invece leggermente meno efficienti e, con un prezzo più basso, si adattano alle strutture che hanno tanto spazio a disposizione per l’installazione. Ci sono infine i pannelli a film sottili, meno efficienti, ma più leggeri e trasportabili.
- Temperatura e variazioni stagionali: dato che i semiconduttori dei pannelli solari sono sensibili alle alte temperature, il rendimento maggiore si ottiene, secondo gli standard di produzione, a una temperatura di 25°. Le variazioni stagionali, poi, con giornate più lunghe estive ed esposizione solare più breve invernale, influenzano il rendimento, unite alle continue alterazioni meteorologiche. Anche la presenza di pulviscolo o di altri materiali volatili sui pannelli fotovoltaici ha un effetto negativo sul rendimento.
Ci sono però anche fattori interni, quindi strutturali, che giocano il loro ruolo sul rendimento:
- Efficienza dell’inverter: si tratta di un dispositivo elettronico che trasforma l’energia elettrica a corrente continua (DC) prodotta dai pannelli solari, in energia elettrica a corrente alternata (AC) utilizzata per l’alimentazione domestica. Normalmente, il processo di conversione energetica di un inverter ha un’efficienza intorno al 96-97%. Bisogna quindi calcolare circa il 3% o più di perdite energetiche, dovute anche al mismatch, ovvero al fattore per cui non tutti i pannelli dello stesso modello e della stessa potenza producono allo stesso modo.
- Anzianità dell’impianto: il rendimento dei pannelli solari tende a decadere dello 0,5% ogni anno, quindi dopo oltre venti anni di esercizio, l’efficienza di produzione energetica non sarà più la stessa. Per questo motivo, generalmente i produttori offrono garanzie ogni 10,20 e 25 anni sulla produzione e i difetti di fabbricazione.
Consigli per ottimizzare il rendimento dei pannelli fotovoltaici
L’ottimizzazione produttiva di un impianto fotovoltaico è quindi legata alla massimizzazione funzionale dei pannelli solari in base a tutti i fattori in gioco. È quindi fondamentale posizionare i pannelli secondo la giusta inclinazione, con un orientamento adeguato e in accordo alla latitudine geografica e garantire all’impianto una corretta aerazione per evitare il surriscaldamento. Fa la differenza poi scegliere materiali di qualità per una maggiore durabilità, controllare lo strato di sporcizia dei pannelli e l’accumulo di polveri o altri materiali sottili nel tempo ed effettuare operazioni di manutenzione costante per valutare l’efficienza degli inverter.
Si può anche verificare lo stato dei moduli fotovoltaici con una termocamera, che richiede però l’intervento di un tecnico specializzato. Aiuta inoltre l’utilizzo di ottimizzatori per fotovoltaico, piccoli dispositivi elettronici che, posizionati sul retro dei pannelli fotovoltaici, ne monitorano le prestazioni e le migliorano, garantendo il massimo rendimento possibile, anche in condizioni atmosferiche e climatiche avverse. Funzionano tramite collegamento ethernet o Wi-FI, raccolgono e trasmettono i dati di produzione di ogni singolo modulo e permettono di controllarne e regolarne l’andamento indipendentemente dagli altri.
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