Come Misurare La Prestazione Di Un Impianto Fotovoltaico

1. La Curva V-I Come Indicatore Di Prestazione Nel Fotovoltaico

Per comprendere come un impianto fotovoltaico stia effettivamente lavorando, è essenziale partire dalla sua curva caratteristica di funzionamento, ovvero la curva tensione-corrente (V-I). Questa curva descrive, in un dato istante, il comportamento elettrico del generatore fotovoltaico in funzione delle condizioni ambientali (irraggiamento e temperatura) e del carico applicato.

In termini semplici, la curva V-I mostra la relazione tra la corrente erogata e la tensione ai capi del modulo o della stringa fotovoltaica. Quando il generatore è a circuito aperto, la corrente è zero e si misura la tensione a vuoto (Voc). Quando invece il circuito è chiuso in cortocircuito, la tensione è zero e si misura la corrente di corto circuito (Isc). Tra questi due estremi, ogni combinazione di carico elettrico produce un punto della curva.

Il punto più significativo sulla curva è il cosiddetto punto di massima potenza (MPP, o Maximum Power Point), rappresentato dalle coordinate Vmp e Imp. In questo punto la potenza prodotta (P = V × I) è massima.

L’inverter ha il compito di mantenere l’impianto operante in corrispondenza di questo punto, attraverso algoritmi chiamati MPPT (Maximum Power Point Tracking). I sistemi più moderni includono tracciatori MPPT indipendenti per ciascuna stringa, oppure ottimizzatori per singolo modulo, in modo da massimizzare la produzione anche in presenza di ombreggiamenti o difformità fra i pannelli.

Una curva V-I sana si presenta come una forma convessa con un “gomito” smussato che individua il punto di massima potenza. Curve alterate o con anomalie (appiattimenti, riduzioni di corrente o tensione) possono indicare guasti o malfunzionamenti.

 

2. Il “Fattore Di Forma” Di Un Pannello Fotovoltaico

Un importante indicatore derivato dalla curva V-I è il fattore di forma (fill factor, FF), che rappresenta la “qualità geometrica” della curva. Esso esprime quanto la curva si avvicina a un rettangolo perfetto, dove si avrebbe massima produzione energetica per dati valori di Voc e Isc.

Il fattore di forma si calcola come:

FF = (Vmp × Imp) / (Voc × Isc)

Dove:

• Vmp è la tensione al punto di massima potenza
• Imp è la corrente al punto di massima potenza
• Voc è la tensione a circuito aperto
• Isc è la corrente di corto circuito

Un pannello ideale avrebbe FF = 1 (cioè 100%), ma nella realtà i valori variano tipicamente fra 0,70 e 0,85. Un FF alto indica che il pannello ha basse perdite interne e buona qualità costruttiva. Al contrario, un FF basso può indicare problemi di resistenza interna, invecchiamento delle celle o malfunzionamenti.

Il fattore di forma, combinato con Voc e Isc, determina la potenza di picco (Wp) del modulo fotovoltaico:

Pmax = Voc × Isc × FF

Due moduli con Voc e Isc simili ma con fattori di forma differenti avranno rese molto diverse. Questo parametro è pertanto cruciale sia nella fase di progetto (per la selezione dei moduli) sia in quella di diagnosi (per valutare degradamenti o guasti).

Le specifiche dei pannelli fornite dai produttori in Scheda Tecnica includono sempre il valore di FF, anche se molti utenti non lo considerano nella scelta. Tuttavia, soprattutto in ambito professionale, è utile tenerne conto.

 

3. Come Valutare La Prestazione Dalla Curva V-I Di Una Stringa FV

L’analisi della curva V-I di una stringa permette non solo di misurare la produzione istantanea, ma anche di diagnosticare con precisione eventuali anomalie. Ad esempio:

• Un calo della corrente (Isc e Imp) con Voc invariato può indicare ombreggiamenti parziali, sporcizia o guasti su alcune celle.
• Una riduzione della tensione (Voc e Vmp) con corrente invariata può essere dovuta a celle danneggiate, bypassate o a connessioni allentate.
• Una curva irregolare o con più picchi può suggerire la presenza di più punti di massima potenza causati da ombre non uniformi.
• Una curva fortemente schiacciata o con FF molto basso è sintomo di degrado, PID (Potential Induced Degradation) o mismatch fra moduli.

La valutazione si fa confrontando la curva misurata con quella attesa, stimata tramite simulazioni o dati del costruttore. In caso di anomalie evidenti, si interviene localizzando il guasto a livello di modulo, stringa o inverter.

Le misure di curva V-I sono particolarmente importanti nel revamping di impianti esistenti o in caso di sospetto degrado. Il confronto con le curve precedenti aiuta a quantificare il calo prestazionale nel tempo.

Va ricordato che anche una sola cella danneggiata può influenzare negativamente tutta la stringa, specialmente in connessioni in serie. Per questo motivo, nei grandi impianti si usano oggi ottimizzatori di potenza o microinverter, che gestiscono ogni modulo in modo indipendente, riducendo l’impatto di eventuali anomalie locali.

 

4. Come Misurare La Curva V-I Di Una Stringa Fotovoltaica

La misurazione della curva V-I richiede strumenti adeguati e condizioni ambientali ottimali. Le misure vanno effettuate in giornate soleggiate, con irraggiamento vicino a 1000 W/m² e temperatura ambiente controllata, per ottenere risultati confrontabili con i dati standard.

Un metodo semplice e didattico consiste nell’utilizzare una resistenza variabile (reostato) come carico:

1. Collegare due multimetri: uno per la tensione (modalità voltmetro), uno per la corrente (modalità amperometro).
2. Collegare la resistenza variabile in serie al generatore fotovoltaico.
3. Impostare la resistenza al massimo valore (circuito aperto) e registrare Voc (corrente nulla).
4. Diminuire gradualmente la resistenza e annotare i valori di corrente e tensione corrispondenti.
5. Alla resistenza minima (cortocircuito), misurare Isc (tensione nulla).
6. Riportare i valori su un grafico con corrente sull’asse y e tensione sull’asse x: si ottiene così la curva V-I.
7. Calcolare la potenza (V×I) per ciascun punto e individuare graficamente il punto di massima potenza.

Esistono anche strumenti professionali chiamati curve tracer, che automatizzano il processo, memorizzano i dati e permettono il confronto immediato con i dati teorici. Alcuni curve tracer consentono misure anche su impianti in esercizio, disaccoppiando momentaneamente la stringa dall’inverter.

È importante ricordare che per motivi di sicurezza e affidabilità, queste misure dovrebbero essere svolte da personale qualificato e con dispositivi di protezione adeguati, soprattutto su stringhe ad alta tensione (oltre 600 V DC).

 

5. Il “Rapporto Di Prestazione” Di Un Impianto Fotovoltaico

Oltre all’analisi puntuale delle curve V-I, esiste un altro indicatore fondamentale per valutare la bontà dell’impianto: il rapporto di prestazione (Performance Ratio, PR).

Il PR rappresenta il rapporto tra l’energia realmente prodotta (Eac) e quella teoricamente producibile in condizioni standard:

PR = Eac / (Irr * Pstc)

Dove:

• Eac è l’energia elettrica in uscita dall’inverter (AC)
• Irr è l’irraggiamento globale effettivamente ricevuto (kWh/m²)
• Pstc è la potenza nominale dell’impianto in condizioni standard (STC)

Il PR tiene conto di tutte le perdite del sistema: degradamento dei pannelli, ombreggiamenti, mismatch, inefficienze degli inverter, cablaggi, polvere, temperatura, ecc. Ed è per questo che rappresenta una misura oggettiva della qualità del sistema, indipendentemente dalla quantità di sole ricevuto.

In impianti nuovi ben progettati, il PR è generalmente compreso tra 75% e 85%. Valori più bassi possono indicare problemi tecnici, installazioni scorrette o scarsa manutenzione.

Inoltre, il PR può essere usato per confrontare impianti diversi in località differenti. A parità di potenza installata, un impianto con PR più elevato è intrinsecamente più efficiente, anche se produce meno energia assoluta per via della minore radiazione solare locale.

Il monitoraggio costante del PR è uno strumento strategico per operatori e investitori, che possono così valutare l’efficienza degli impianti e intervenire prontamente in caso di cali anomali. In questo senso, le moderne piattaforme di monitoraggio offrono dashboard evolute che calcolano in tempo reale il PR, confrontandolo con i valori attesi.

Infine, nel lungo periodo, il PR consente anche di valutare il degrado annuale dell’impianto, che in media è compreso fra lo 0,5% e l’1% l’anno, a seconda della qualità dei pannelli. Dopo 20-25 anni, si stima che un impianto di buona qualità mantenga ancora l’80-85% della produttività iniziale.

 

Conclusioni: Valutare, Monitorare, Ottimizzare

La prestazione di un impianto fotovoltaico non può essere valutata solo sulla base dei dati di targa dei pannelli. Serve una conoscenza approfondita dei parametri elettrici reali e delle condizioni operative del sistema.

Dalla curva V-I alla misura del Performance Ratio, passando per l’analisi dei fattori di forma e delle perdite, ogni dato contribuisce a costruire un quadro chiaro dell’efficienza del sistema.

Per questo motivo, è essenziale dotarsi di strumenti di misura adeguati, effettuare controlli periodici, investire in tecnologie di monitoraggio evolute e affidarsi, quando necessario, a tecnici specializzati.

Solo così sarà possibile garantire il ritorno dell’investimento nel tempo e contribuire a un sistema energetico più sostenibile e affidabile.