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Pannello fotovoltaico, come calcolare il rendimento e la durata
I rendimenti degli impianti fotovoltaici sono suscettibili a variazioni: le variabili e i calcoli per fare le giuste considerazioni su rendimento e durata.
I pannelli fotovoltaico sono in grado di convertire l’energia del sole in energia elettrica in percentuale diversa a seconda di diversi fattori. Il grado di rendimento di un impianto fotovoltaico indica la percentuale di energia captata e trasformata in energia elettrica rispetto a quella totale giunta sulla superficie del modulo stesso e può essere quindi considerato un indice di correlazione tra watt erogati e la superficie occupata.
Da cosa dipende il rendimento di un pannello fotovoltaico?
Il rendimento dei pannelli solari dichiarato dal produttore è sempre calcolato in condizioni standard, con un irraggiamento di 1000W per ogni m2 di superficie, una temperatura di 25°C e con distribuzione spettrale uguale a 1,5. Ma i rendimenti dei pannelli fotovoltaici non sono costanti, variano anche in modo sostanziale in funzione di diversi fattori, quali:
- caratteristiche e prestazioni dei diversi materiali (monocristallino, policristallino, amorfo), degli inverter e degli altri componenti dell’impianto
- corretta esposizione all’irraggiamento solare dei moduli (le condizioni ottimali per l’Italia sono: esposizione sud – ma anche a sud-est o sud-ovest garantiscono buoni risultati)
- inclinazione dei moduli (30-35 gradi quella ottimale) ed eventuali ombreggiamenti temporanei
- temperatura di esercizio dei materiali, poiché tendono a ridurre le prestazioni in ambienti troppo caldi
- composizione dello spettro di luce.
Nei pannelli ad uso aerospaziale i rendimenti hanno raggiunto il 50 per cento, ma i costi non consentono una diffusione su larga scala. Nei pannelli attualmente in commercio a base di silicio i valori si attestano invece attorno a:
- 21-25 per cento nei moduli in eterogiunzione
- 19-21 per cento nei moduli in silicio monocristallino
- 16-18 per cento nei moduli in silicio policristallino
- 10 per cento nei moduli in silicio microsferico
- 8,5 per cento nei moduli in silicio amorfo.
Si stima che efficienza dei pannelli tenderà a crescere grazie all’innovazione tecnologica che attualmente ha raggiunto buoni livelli, rendendo i pannelli sempre più convenienti da un punto di vista economico.
Ne consegue che a parità di produzione elettrica richiesta, la superficie occupata da un impianto fotovoltaico amorfo sarà più che doppia rispetto a un equivalente campo fotovoltaico cristallino. Per aumentare la producibilità dei sistemi del 20-30%, è tuttavia possibile montare i pannelli su supporti ad orientamento variabile (mono o biassiali), in grado di seguire costantemente lo spostamento del sole (impianti a inseguimento).
Il calcolo del rendimento dei pannelli fotovoltaici è piuttosto facile perché mette in relazione la potenza con la superficie dell’impianto. La formula matematica per calcolare il rendimento dei pannelli fotovoltaici è la seguente:
Rendimento % = (Potenza / Superficie / 1000) x 100, dove la potenza è espressa in watt e la superficie di captazione dell’irraggiamento solare in metri quadrati.
Temperature d’esercizio
Meglio al fresco! Spesso si trascura il fatto che gli impianti fotovoltaici funzionano al meglio ad una temperatura di 25°C. Se pensiamo che già alle nostre latitudini si possono raggiungere in estate temperature vicine ai 40 °C (e sulle coperture di certi edifici anche i 50-60 °C) è facile capire come il rendimento
dell’impianto possa lievemente diminuire a causa del riscaldamento dei moduli. Nelle comuni celle al silicio, il calo di efficienza è pari a circa 0,4 per cento per ogni grado°C. Le temperature più fresche dei paesi nord europei compensano, di fatto, il livello inferiore di irraggiamento di quelle aree.
©Ingimage
Durata dei pannelli solari fotovoltaici
Un altro fattore che influisce sul rendimento di un modulo è il suo decadimento di prestazione a causa del naturale affaticamento dei materiali, con valori che possono raggiungere mediamente circa l’1 per cento su base annua. Per garantire la qualità dei materiali impiegati, è prassi comune che i produttori coprano con un’opportuna garanzia il calo di rendimento del pannello nel tempo. La garanzia oggi più comune è del 90 per cento sul nominale per 10 anni e dell’80 per cento sul nominale per 20 anni. E’ bene richiedere sempre la garanzie dei prodotti al momento dell’acquisto. I moduli fotovoltaici odierni hanno una vita stimata di 40-50 anni circa, anche se è plausibile ipotizzare che vengano dismessi dopo un ciclo di vita di 20-25 anni, a causa dell’obsolescenza della tecnologia dell’intero sistema dell’impianto.
Il corretto dimensionamento
Gli impianti fotovoltaici sono caratterizzati da una “potenza di picco” indicata con kWp. Per avere un’idea della potenza di picco da installare per consentire una copertura totale del fabbisogno annuo di energia elettrica di una determinata utenza (ad esempio una singola famiglia o una azienda) si deve calcolare:
potenza di picco (kWp)= produzione media di kWh l’anno del pannello per la zona in cui si vuole installare il pannello/consumo annuo dell’utenza
Di fatto si divide il consumo annuo energetico dell’utenza per 1.200, valore relativo alla produzione media di kWh annua di un pannello.
Considerando pari a 3000-4000 kWh/anno il consumo medio italiano di elettricità di una abitazione monofamiliare, un sistema fotovoltaico per uso domestico in una città del nord Italia dovrebbe avere una potenza compresa tra i 2,5 e i 3,3 kWp (leggermente minore al centro e al sud Italia per la loro maggiore insolazione).
Per avere una potenza nominale installata di 1 kWp sono necessari in genere da 8m2 (per i moduli più efficienti) a 15 m2 (per i moduli meno efficienti). I moduli fotovoltaici in silicio cristallino più comuni hanno dimensioni variabili da 0,5 m2 a 1,5 m2 (a volte anche 2,5 m2 in esemplari per grandi impianti). Per un impianto da 3 kWp servono, quindi, almeno 20-24 m2 di superficie disponibile.
Il corretto dimensionamento di un impianto fotovoltaico è comunque il risultato di un calcolo più complesso che tiene conto di molteplici e variabili fattori: radiazione solare del sito in esame; altitudine e caratteristiche climatiche; esposizione dell’edificio e/o del terreno; superficie disponibile all’impianto; inclinazione e orientamento dei moduli; fattore di conversione del modulo fotovoltaico utilizzato; assemblaggio elettrico del sistema; periodo di utilizzo dell’impianto (sempre, solo fine settimana, periodi di vacanza, ecc. ); utilizzatori che verranno impiegati e loro potenza; tensione di alimentazione dell’impianto (12, 24, 220 Volt).
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