Produzione energetica annua attesa

per i pannelli fotovoltaici

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Criterio di stima della produzione annua di elettricità

Dal punto di vista energetico, per la stima della produzione annua attesa per un generatore fotovoltaico, il principio progettuale utilizzato comunemente, si basa sulla massimizzazione della captazione solare annua. In alcuni casi ad esempio con gli impianti fotovoltaici stand-alone, il criterio di progettazione potrebbe ottimizzare la produzione energetica, solo in determinati periodi dell’anno.

L’energia elettrica, che un impianto fotovoltaico può produrre nell’arco di un anno dipende soprattutto da:
  • disponibilità della radiazione solare
  • orientamento ed inclinazione dei moduli
  • rendimento dell’impianto fotovoltaico

Poiché l’irraggiamento solare è variabile nel tempo, per determinare l’energia elettrica, che l’impianto può produrre in un fissato intervallo di tempo si prende in considerazione la radiazione solare relativa a quell’intervallo di tempo, assumendo che le prestazioni dei moduli siano proporzionali all’irraggiamento.

Banche dati dei valori di radiazione solare

I valori della radiazione solare media in Italia si possono desumere da:

  • norma UNI 10349 | riscaldamento e raffreddamento degli edifici. Dati climatici;
  • atlante solare europeo che si basa sui dati registrati dal CNR-IFA (Istituto di Fisica dell’Atmosfera) nel decennio 1966-1975. Riporta le mappe isoradiative del territorio italiano ed europeo su superficie orizzontale o inclinata;
  • banca dati ENEA: dal 1994 l’ENEA raccoglie i dati della radiazione solare sull’Italia, tramite le immagine del satellite Meteosat. Le mappe finora ottenute sono state riportate in due pubblicazioni: una relativa all’anno 1994 ed un’altra relativa al periodo 1995-1999. Le tabelle rappresentano, per diverse località italiane, i valori della radiazione solare media annuale su piano orizzontale [kWh/m2 ] da norma UNI 10349 e valori medi giornalieri mese per mese [kWh/m2 /giorno] da fonte ENEA.

La radiazione solare annua per una data località, può variare da una fonte all’altra anche del 10%, poiché deriva da elaborazioni statistiche di dati relativi a periodi di rilevazione diversi. Tali dati inoltre,  sono soggetti alla variazione delle condizioni meteorologiche da un anno all’altro. Pertanto i valori di radiazione hanno un significato probabilistico, cioè un valore atteso e non certo.

Orientamento ed inclinazione dei moduli

L’orientamento e l’inclinazione dei pannelli fotovoltaici cambiano le prestazioni dell’impianto fotovoltaico. Più i moduli sono orientati in maniera ottimale verso i raggi del sole, più l’effetto fotovoltaico sarà migliore.

  • Per orientamento si intende il verso rispetto ai punti cardinali nord, sud, est, ovest.
  • Per inclinazione si intende invece la pendenza, l’angolatura, dei pannelli rispetto al piano orizzontale. Si esprime in gradi di angolazione: a 90° il pannello è perfettamente verticale, a 0° è perfettamente orizzontale.

Il rendimento dei moduli fotovoltaici dipende, oltre che dal luogo e modalità di installazione, dall’ orientamento e dall’angolo di inclinazione con cui sono installati. L’orientamento e l’inclinazione vanno calcolati in relazione alla specifica posizione geografica per captare il massimo irraggiamento possibile.

Rendimento dell’impianto fotovoltaico

Il rendimento dell’impianto oltre che dalle condizioni ambientali, di orientamento e inclinazione, dipende dalla tecnologia su sui i pannelli solari si basano. Esistono differenti tipologie di pannelli solari fotovoltaici, con minore o maggiore capacità di conversione.

Variazione dell’energia prodotta dai pannelli solari

I principali fattori che determinano la quantità di energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico sono:
  • irraggiamento solare
  • temperatura dei moduli
  • ombreggiamento

La produzione energetica annua attesa, si andrà a basare principalmente su questi 3 fattori e sul rendimento dello specifico impianto.

Irraggiamento solare

In funzione dell’irraggiamento incidente sulle celle fotovoltaiche, si modifica al diminuire dell’irraggiamento, la corrente fotovoltaica generata, mentre la variazione della tensione a vuoto è minima.

L’efficienza di conversione non è, di fatto, influenzata dalla variazione dell’irraggiamento entro il range di normale funzionamento delle celle, il che significa che l’efficienza di conversione è la stessa sia in una giornata serena, che nuvolosa.

Temperatura dei moduli

Contrariamente al caso precedente all’aumentare della temperatura dei moduli fotovoltaici, la corrente prodotta resta praticamente invariata, mentre decresce la tensione e con essa si ha una riduzione delle prestazioni dei moduli in termini di potenza elettrica prodotta.

Al fine di evitare quindi un’eccessiva riduzione delle prestazioni è opportuno tenere sotto controllo la temperatura in esercizio cercando di dare ai moduli una buona ventilazione che limiti la variazione di temperatura stessa su di essi. Così facendo si può ridurre la perdita di energia per effetto della temperatura (rispetto ai 25°C delle condizioni standard) ad un valore intorno al 7%.

Ombreggiamento dei moduli

Considerata l’area occupata dai moduli di un impianto fotovoltaico, può accadere che una parte di essi (una o più celle) venga ombreggiata da alberi, foglie che si depositano, camini, nuvole o da moduli fotovoltaici installati nelle vicinanze.

In caso di ombreggiamento, una cella fotovoltaica costituita da una giunzione P-N smette di produrre energia e diventa un carico passivo. Tale cella si comporta come un diodo che blocca la corrente prodotta dalle altre celle collegate in serie con la conseguente compromissione di tutta la produzione del modulo. Inoltre il diodo è soggetto alla tensione delle altre celle che può provocare la perforazione della giunzione con surriscaldamento localizzato (hot spot) e danni al modulo.

By pass dei moduli

Per evitare che una o più celle ombreggiate vanifichino la produzione in un’intera stringa, a livello dei moduli vengono inseriti dei diodi di by-pass che cortocircuitano la parte di modulo in ombra o danneggiata. Così facendo si garantisce il funzionamento del modulo pur con un’efficienza ridotta. Teoricamente occorrerebbe inserire un diodo di by-pass in parallelo ad ogni singola cella, ma ciò sarebbe troppo oneroso nel rapporto costi/benefici. Pertanto solitamente vengono installati 2÷4 diodi di bypass per modulo.

2021-01-01