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Rendimento impianto fotovoltaico, ecco da cosa dipende

Ultimo aggiornamento: 9-5-2017
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Capire il rendimento di un impianto fotovoltaico può essere in molti casi una questione abbastanza complessa, per “addetti ai lavori”. Nonostante ciò anche per l’utente “finale” è utile avere in mente alcuni punti chiave che lo possano aiutare a capire se e quando il fotovoltaico può essere un buon investimento. In questo articolo facciamo alcune considerazioni che ci aiutano a capire da cosa dipende la resa di una installazione fotovoltaica, quanto può produrre e cosa condiziona la sua reale efficacia.

Installare un impianto fotovoltaico , come ripetuto in diverse guide di questo sito, rappresenta un investimento prima di tutto ambientale. Il vantaggio è e rimane, prima di tutto, un vantaggio collettivo. Nonostante ciò anche il “portafoglio vuole la sua parte”, e capire quanto si possa risparmiare dal suo utilizzo è di certo il fattore che ci orienta nella scelta. La resa dell’impianto, infatti, è ciò che in definitiva fa risparmiare sulle bollette elettriche di famiglie e imprese.

 

Ci metto dei soldi, ma qual è il suo reale rendimento?

rendimento impianto fotovoltaico
Da cosa dipende il ritorno economico dell’installazione? Il ritorno economico del fotovoltaico installato sul tetto di casa dipende prima di tutto dalla sua efficacia produttiva: “..ci metto dei soldi.. ma qual è il suo reale rendimento?“. La produzione effettiva, in quanto tempo riesce a ripagarmi dai costi sostenuti? L’installazione deve essere realizzata a regola d’arte e deve essere efficiente almeno tanto da per poter produrre l’energia necessaria ad ammortizzare i costi di acquisto e di installazione impianto il prima possibile. La previsione di un rapido ritorno economico dall’investimento sarà una prerogativa fondamentale per la buona riuscita dell’operazione.

L’impianto fotovoltaico nell’intero periodo di attività deve essere in grado di generare corrente elettrica in maniera stabile, sicura, e di garantire prestazioni sempre al massimo delle potenzialità. Sarà utile avere, per questo, una stima il più accurata possibile sulle previsioni di produzione e sarà fondamentale poter monitorare con facilità il rendimento e le modalità di utilizzo della potenza generata. In altre parole: devo sapere in ogni istante: quanto sto producendo, quanto sto autoconsumando e quanti kwh sto immettendo nella rete elettrica di Enel.

Conoscendo in tempo reale queste tre “statistiche di produzione e di consumo” potrò di volta in volta ottimizzare e rendere massimo il rendimento dell’impianto.

 

Quali sono i fattori che determinano il rendimento di un impianto fotovoltaico

Sono molti: ci sono quelli tecnici, ci sono quelli operativi e ci sono quelli relativi a “come consumo” l’energia prodotta. Tra i più importanti possiamo identificare almeno due categorie:

  • fattori “esterni”, fattori ambientali e di posizionamento,
  • fattori “interni”, che sono le caratteristiche del “prodotto” stesso: moduli, inverter, cablature, ottimizzatori, ecc…

I primi, i fattori ambientali e di posizionamento, sono: latitudine di installazione, inclinazione, orientamento, temperatura di funzionamento, presenza di polvere e sporcizia sui pannelli e, ovviamente, il livello di irradiazione solare tipica dell’area in cui viene installato l’impianto.

I secondi, che sono le caratteristiche tecniche riconducibili al prodotto stesso, sono invece tutti quelli che determinano le perdite di rendimento (elencati qui di seguito) non riconducibili al luogo dell’installazione. Caratteristiche insite al funzionamento dei moduli fotovoltaici, degli inverter, degli eventuali accumulatori e di altri componenti secondari dell’installazione.

Vediamo punto per punto.

 

I fattori esterni

L’inclinazione ottimale, o Tilt , dei moduli fotovoltaici è l’angolo di inclinazione migliore rispetto al terreno, l’angolatura che permette di captare nel modo migliore l’irradiazione solare. Alle nostre latitudini l’inclinazione ottimale è intorno ai 30 – 35 gradi. L’angolo di Tilt ottimale aumenta all’aumentare della latitudine e diminuisce man mano che ci si avvicina all’equatore: nei paesi del nord Europa l’inclinazione ottimale può superare anche i 60 gradi. Questa “verticalità” dei moduli fv e dei tetti delle case, peraltro, agevola anche lo scivolamento della neve nei periodi invernali. Nei paesi caldi, invece, quelli più vicini all’equatore, l’inclinazione “quasi orizzontale” dei pannelli fv (ad es. di 10°) garantiscono migliori prestazioni.

L’orientamento ottimale, invece, o Azimuth, è a sud, ma qui da noi sono accettabili anche sud-est o sud ovest. Con questi orientamenti la perdita di rendimento non supera il 5% rispetto all’orientamento ottimale. Un pannello totalmente rivolto a est o ad ovest, invece, perde, a parità di inclinazione, circa il 18% del rendimento. Un pannello rivolto a nord, invece, perde quasi il 50% della produzione energetica. Nell’emisfero sud del Pianeta, ovviamente, il ragionamento è speculare.

Anche la temperatura fa la differenza e incide sulla resa più di quanto si possa pensare. La temperatura ottimale si stima in genere intorno ai 25 gradi centigradi. In questo caso il classico pannello fotovoltaico ha le condizioni migliori per produrre energia. Un eccessivo surriscaldamento o un insufficiente livello di areazione provoca un proporzionale calo produttivo. A tal proposito: un utile indicatore per confrontare moduli di diverse marche può essere il coefficiente di temperatura che indica di quanto diminuisce il rendimento all’aumentare della temperatura dell’ambiente esterno, a parità delle altre condizioni (leggi qui per approfondire).

Ci sono almeno atri due fattori che possono ostacolare il buon rendimento dell’impianto fotovoltaico.

La presenza di polvere e sporcizia sui moduli ostacola la piena ricettività dell’irraggiamento solare sulle celle fotovoltaiche.
Così anche il passaggio, o peggio la presenza costante, di ombre nel corso della giornata. Un esempio tipico è l’ombra di camini, antenne o alberi che durante la giornata possono coprire parte dei pannelli ostacolando il rendimento dell’intero impianto.

 

Come la resa di un modulo incide sulla produzione dell’intero impianto

Lo studio delle ombre va fatto in maniera accurata e professionale ed è molto più importante di quanto si possa pensare. L’incidenza di un’ombra su un singolo pannello, infatti, compromette il rendimento dell’intera stringa di moduli e dell’intero impianto. Anche se l’ombra va a “colpire” un ridotto numero di celle fotovoltaiche.

Il meccanismo che fa decadere la produzione sull’intera installazione è paragonabile all’effetto dell’ostruzione in un tubo dell’acqua. Immaginiamo la corrente elettrica come un “flusso d’acqua” che attraversa i pannelli. Se questo “flusso” viene frenato da un ostacolo, la “potenza” di questo flusso diminuisce in tutto l’impianto. Ecco perchè la potenza elettrica che arriva all’inverter viene fortemente condizionata anche per un solo pannello non funzionante a dovere.

Un modo per mitigare l’incidenza degli ombreggiamenti, o di altri ostacoli che colpiscono singole celle, è utilizzare micro-inverter o ottimizzatori di produzione. Questi apparecchi, infatti, hanno l’effetto di “parcellizzare” il flusso produttivo dei moduli rendendoli autonomi l’uno dall’altro.

L’utilità di questi apparecchi, in effetti, non vale solo per ridurre gli effetti degli ombreggiamenti, ma anche per contrastare l’incidenza di sporcizia o malfunzionamenti di singoli moduli.

 

I fattori interni

Come detto, ad incidere sul rendimento di un impianto fotovoltaico, oltre ai fattori esterni, ci sono i fattori “interni”.
Questi sono presenti in tutti i sistemi fotovoltaici, anche se in misura diversa, e si caratterizzano come “perdite” di sistema, influenzabili in parte dalla qualità dei prodotti o dalla loro anzianità di funzionamento.

Su questi, che sono solo in parte gestibili dal proprietario dell’impianto, un sintetico elenco:

  • perdite dovute all’ inverter (in genere è stimata intorno all’8%)
  • perdite dovute ai componenti elettrici (in genere stimata sul 2%)
  • perdita dovuta al collegamento in serie di più moduli (definita “perdita di mismatching”, in genere è stimata intorno al 3%)
  • perdite dovute al progressivo calo delle prestazioni a seguito dell’invecchiamento delle componenti negli anni. Tale calo di prestazione è stimato in media tra lo 0,5 e 0,8% l’anno. A tal proposito i produttori danno in genere delle garanzie di produzione sui 10, 20 o 25 anni.

 

Esiste una formula per calcolare il rendimento di un impianto fotovoltaico?

Siccome il rendimento del fotovoltaico varia anche in base alla temperatura di funzionamento si prende a riferimento, in genere, la condizione standard di funzionamento: la STC, Standard Test Condition, che assume come temperatura standard i 25 gradi centigradi.

I test di calcolo del rendimento considerano un irraggiamento di 1.000 watt per metro quadrato e una temperatura di funzionamento di 25 °C. In questo modo si ottengono dei dati omogenei fra i diversi prodotti, facilmente confrontabili.

Il rendimento di un impianto fotovoltaico è la quantità di energia solare che un impianto riesce a convertire in elettricità utilizzabile in ogni metro quadrato.

Questa la formula per calcolare la resa fotovoltaica:

R = (potenza impianto / Superficie occupata / 1.000) x 100

la percentuale di rendimento è data dalla potenza dell’impianto, espressa in watt, diviso la superficie occupata, espressa in metri quadrati, diviso mille. Il risultato si moltiplica per cento (si moltiplica per 100 perchè il rendimento è espresso in percentuale).

Il risultato della formula restituisce la quantità percentuale di energia solare che viene effettivamente convertita in energia elettrica utilizzabile.
Il tutto viene ipotizzato in condizioni standard di funzionamento impianto, cioè:

  • potenza stimata pari alla potenza “di picco” dell’impianto (Wp),
  • temperatura di funzionamento pari a 25°C,
  • irraggiamento solare pari a 1.000 Watt per metro quadro.

Ecco un esempio per un impianto da 3.000 Watt di potenza di picco (3 kWp) che occupa 23 metri quadrati di superficie:

Rendimento = (3.000 / 23 / 1.000)*100 = 13%

Il rendimento effettivo però, ricordiamolo, dipende anche da altri fattori i più importanti dei quali sono il posizionamento geografico dell’impianto, l’inclinazione e l’orientamento dei moduli (in termini tecnici: “Coordinate”, “Azimut” e “Tilt”).

 

Come viene calcolato l’angolo di incidenza

Ecco come vengono calcolati inclinazione ed orientamento ottimali dei pannelli fotovoltaici per ottenere il migliore rendimento possibile. L’Angolo di Incidenza e l’Azimuth vengono calcolati rispetto alla perpendicolare del pannello, come semplificato nella figura qui di seguito.

inclinazione dei pannelli e rendimento del fotovoltaico

Inclinazione dei pannelli e rendimento del fotovoltaico: come trovare l’angolo di incidenza ottimale

 

Esiste un tool online affidabile per calcolare quanto può rendere il mio impianto fotovoltaico?

On line si trovano diversi strumenti più o meno “ufficiali”, ma pochi sono quelli veramente affidabili ed aggiornati in grado di aiutarti ad avere stime realistiche ed attendibili sulla produzione ed il rendimento di un impianto impianto fotovoltaico in una determinata area geografica.

Uno di questi è sicuramente il PVGIS tool on line che si trova sul sito del “Joint Research Centre” dell’Institute  for Energy and Transport (IET) della Commissione Europea. Il PVGIS è un Sistema Informativo Geografico sul Fotovoltaico che fornisce una mappatura geografica dei dati relativi all’irraggiamento solare ed alla produzione fotovoltaica in Europa, Africa e Sud-est Asiatico.

Qui è possibile visionare le mappe di rendimento ufficiali del fotovoltaico ed è possibile stimare con dati realistici la produzione ed il rendimento del fotovoltaico inserendo la città di installazione dell’impianto, il tipo di pannelli utilizzati, il tipo di installazione, inclinazione ed orientamento dei pannelli.

A partire dall’inserimento di semplici informazioni il database restituisce le stime di rendimento dell’impianto fotovoltaico su una data area.

 

Ecco una tabella comparativa sul rendimento dei sistemi fotovoltaici

Ipotizzando un sistema da 3, 6 e 9 kW di potenza “di picco” possiamo stimare, in funzione della superficie occupata dai moduli, rendimenti di questo tipo:

Rendimento impianto in STC* (25°C e irraggiamento di 1.000 W/mq)
Potenza impianto (KW) Superficie occupata (mq) Rendimento impianto (%)
3 20 15%
3 25 12%
3 30 10%
6 40 15%
6 50 12%
6 60 10%
9 60 15%
9 75 12%
9 90 10%

*STC= Standard Test Conditions

 

Video: come funziona il simulatore PVGIS di rendimento impianto fotovoltaico

Questo video spiega come funziona il tool PVGIS e come utilizzarlo con Excel per calcolare il rendimento in kwh/anno di un impianto fotovoltaico in totale autonomia. E’ utile per capire come funziona la pianificazione di un impianto fotovoltaico e per stimare l’investimento in maniera corretta (il video è in lingua spagnola, ma è comunque molto chiaro).

 



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Alessandro Fuda – Copy Writer e SEO Developer appassionato di fonti rinnovabili, fotovoltaico, risparmio energetico, ambiente

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