Produzione energetica annua attesa

per i pannelli fotovoltaici

Criterio di stima della produzione annua

Dal punto di vista energetico, per la stima della produzione annua attesa, il principio progettuale utilizzato usualmente per un generatore fotovoltaico è quello di massimizzare la captazione della radiazione solare annua disponibile. In alcuni casi (es. impianti fotovoltaici stand-alone) il criterio di progettazione potrebbe essere quello di ottimizzare la produzione energetica 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 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 2.1 e 2.2 rappresentano rispettivamente, 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; inoltre tali dati 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.

Variazione dell’energia prodotta dai pannelli solari

I principali fattori che influenzano l’energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico sono:

  • irraggiamento
  • temperatura dei moduli
  • ombreggiamenti

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%.

Ombreggiamenti

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.

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.