Impianti fotovoltaici e prestazioni

La resa dell’impianto fotovoltaico va controllata, come si farebbe con quella della caldaia, dell’automobile o di qualsiasi altra apparecchiatura che consuma o produce energia.
Ci preoccupiamo quando ci accorgiamo che, a parità di consumo di gas, la nostra casa è più fredda? Certo che sì! E cosa facciamo? Cerchiamo di capire se la caldaia, o qualche altra componente dell’impianto di riscaldamento, sta funzionando in maniera ottimale o meno.
Ci preoccupiamo quando ci accorgiamo che l’automobile consuma più carburante del dovuto?  Sicuramente sì. E, anche in questo caso, cerchiamo di capire cosa c’è che non va.
Bene. La stessa cosa dovremmo fare con il nostro impianto fotovoltaico. Essendo anch’esso un complesso di apparecchiature soggette a malfunzionamenti, piccoli o grandi che siano, va monitorato per capire se sta producendo energia al meglio delle sue possibilità. Questo perché la mancata produzione di energia si traduce in minori entrate economiche o minori risparmi (per maggiori informazioni sul monitoraggio degli impianti fotovoltaici, vedi la nostra news Sistemi di monitoraggio degli impianti fotovoltaici).

La minor resa

Come accade per l’automobile o per la caldaia, infatti, anche l’impianto fotovoltaico può continuare a funzionare, ma in condizioni non ottimali. E la sua minor resa è più diffusa di quanto potremmo pensare. Da recenti approfondimenti condotti da Energoclub Onlus su circa 20.000 impianti in esercizio è emerso che più dell'80% degli impianti fotovoltaici installati in Italia produce meno di quanto dovrebbe, con minor rese che vanno dal 20 al 50%.

Le cause

Ma quali sono le possibili cause che influenzano la producibilità degli impianti fotovoltaici?
La minore produttività dell’impianto può essere imputata a diversi fattori, alcuni legati all’impianto stesso (scostamento dai valori di targa, mismatch tra le stringhe, ecc.), alcuni imputabili a fattori esterni (ombreggiamento, sporcizia sui moduli, ecc.).

Analizziamo qui di seguito quelli più frequenti:

1. Perdite per scostamento dai dati di targa: ogni modulo di cui è composto l’impianto viene fornito dal costruttore con le relative prestazioni elettriche in termini di potenza, tensione e corrente a condizioni standard, dette anche dati di targa.  Tali dati che sono calcolati in condizioni standard (Standard Test Condition) e cioè con un irraggiamento di 1000W/m² e temperatura di 25°C.
   Può accadere che, per diversi motivi, essi si discostino dalle prestazioni indicate dal produttore. Per questo motivo la potenza di un pannello fotovoltaico viene indicata con una incertezza del + 3-5%. Per esempio, per un pannello fotovoltaico avente potenza di picco di 300 W + 3%, significa che i pannelli forniti possono generare, in condizioni di funzionamento standard, da 291 a 309 Watt. Nel caso di un impianto fotovoltaico tradizionale (senza ottimizzatori di potenza), la produzione energetica della stringa sarà proporzionale alle caratteristiche del pannello meno performante. Ipotizzando un impianto fotovoltaico formato da una sola stringa con 5 pannelli da 300 W nominali ciascuno in cui ci sia un pannello che generi in condizioni nominali 291W, ne risulterà che la potenza erogata dalla stringa sarà pari a 5x291W= 1.455W invece dei teorici 1500W;
2. Perdite per riflessione, e cioè sono quelle perdite generate dalla radiazione luminosa che non viene assorbita dalla cella, perchè riflessa dal vetro messo a protezione della cella stessa;
3. perdite di sbilanciamento tra le stringhe e tra moduli (detto perdite per "mismatch"): ogni singolo modulo si comporta come se tutte le celle che lo compongono ricevessero una quantità di radiazione solare pari a quella catturata dalla cella meno esposta o meno efficiente, se i moduli con caratteristiche diverse sono connessi in serie si verifica un "mismatching" dei moduli, la resa dell’intera serie di moduli non sarà massima, ma sarà limitata dal comportamento della cella con la prestazione più bassa.
4. Perdite sui circuiti in corrente continua: sono dovute alla resistenza dei cavi elettrici, la resistenza di contatto sugli interruttori, alla caduta di tensione sui diodi di blocco di protezione delle stringhe, ecc.
5. Perdite sul sistema di conversione (inverter): l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico è in corrente continua (CC). Per poterla utilizzare, occorre trasformarla in corrente alternata (CA). Questo compito è svolto dall’inverter e, a seconda dell’efficienza dell’inverter utilizzato, si ha una maggiore o minore diminuzione nella resa dell’impianto.
6. Perdite per ombreggiamento: possono dipendere dal posizionamento dell’impianto (la vicinanza di edifici, alberi, antenne, cavi aereipossono proiettare la loro ombra sull’impianto) oppure dalla sporcizia che si deposita sui pannelli nel corso del tempo: escrementi di uccelli e "mezzelune" provocate da sedimenti di terra e polvere sono gli elementi che più frequentemente causano un forte innalzamento delle temperature delle celle (per maggiori informazioni su pannelli fotovoltaici e pulizia vedi la nostra news Quando conviene pulire i pannelli fotovoltaici).
7. Perdite legate alla temperatura: all’aumentare della tempoeratura dei moduli, l’efficienza di conversione fotovoltaica diminuisce. Ciascun pannello fotovoltaico ha un proprio coefficiente di temperatuva caratteristico, che dipende prevalentemente dalla tecnologia costruttiva. Nel caso di pannelli in silicio poli e mono cristallino, il coefficiente di temperatura si aggira intorno al 0,4%/°C. Tali pannelli possono pertanto avere perdite per sovratemperatura anche del 10%. Le tecnologie a film sottile hanno coefficienti di temperatura  del 0,2-0,3%. La temperatura di funzionamento dell’impianto e le conseguenti perdite, dipendono anche dalla ventilazione dei moduli: mpianti “integrati alla copertura” possono avere avere perdite anche del 2-3% in più, rispetto ad impianti correttamente ventilati.
8. Perdite per danneggiamento dei moduli: i più comuni problemi dei moduli sono dovuti ai fenomeni di “hotspot” ed all’“Effetto PID”. Il fenomeno di hot spot è un sovra riscadamento di una cella, prevalentemente dovuta ad un fenomeno di ombreggiamento oppure per la presenza di sporcizia o a causa dell’opacizzazione del materiale di protezione della cella. La cella in questione, non facendo più passare la corrente generata dalle celle a monte, funziona come dissipatore (termico) con della potenza generata. Il surriscaldamento può anche essere tale da causare l’innesco di incendi.

Il fenomeno di degradazione indotta da potenziale (noto come PID) è innescato dal potenziale negativo dei moduli fotovoltaici che sono collegati a terra per motivi di sicurezza. La differenza di potenziale elettrico tra celle fotovoltaiche e terra, se mal gstito, provoca corrrenti di dispersioni rilevanti: il fenomeno PID è degenerativo e può causare perdite di produzione fino al 70%;

In percentuale, le perdite appena descritte possono avere i valori riportati nella seguente tabella.

Un altro fattore che incide sulle prestazioni dell’impianto fotovoltaico è il decadimento delle prestazioni dei moduli nel tempo. Ciascun pannello ha una curva di decadimento prestazionale che tende ad appiattirsi; e, nei primi 20 anni di funzionamento: il decadimento tipico è dell’ordine del 0,5-1% all'anno; ma ci sono anche moduli garantiti con decadimenti massimi del 0,25% all'anno.
Pertanto, dopo 10 anni, la maggior parte dei pannelli diminuiranno la propria prestazione di non più del 5-10%; e a 20 anni è del 15-25%.

È da evidenziare che le tecnologie a silicio amorfo hanno, nei primi mesi di funzionamento, dei decadimenti notevoli, comunque già considerati dal produttore. In pratica un pannello in silicio amorfo con potenza di picco nominale da 100W, genera 110-115W nei primi mesi.

Cosa fare

Ma come si fa a capire se il nostro impianto ha o meno perdite di produttività? Se, cioè, sta funzionando al massimo delle sue possibilità oppure no? Se ci sono dei problemi strutturali che comportano perdite economiche o, addirittura, se si sta compromettendo la vita dell’impianto?

Il primo passo da compiere per capire ciò è effettuare un controllo delle prestazioni dell’impianto, mettendo a confronto l’energia prodotta, nell’ultimo mese o nell’ultimo anno, con gli  effettivi irraggiamenti locali. Nel caso in cui il controllo dovesse riscontrare che l’impianto non sta producendo tutta l’energia che è in grado di produrre, allora si va alla ricerca della causa che genera la perdita e si procede con opportuni interventi di manutenzione, spesso di piccola entità.

Per compiere questo primo passo, EnergoClub amplierà presto i Servizi riservati ai soci, attivando il Servizio di Check Up Fotovoltaico. Continuate a seguirci. Vi terremo informati.
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