Come Varia la Producibilità Fotovoltaica con La Temperatura

1. La Relazione Tra Temperatura E Producibilità Di Un Pannello Fotovoltaico

Quando si analizza un impianto fotovoltaico, uno degli aspetti più frequentemente sottovalutati ma fondamentali è l’effetto della temperatura sul rendimento dei pannelli solari. La potenza di picco dichiarata dai produttori, che viene presa come riferimento per la progettazione e la stima della produzione annua di energia elettrica, è determinata in condizioni standard di prova (STC, Standard Test Conditions). Queste condizioni prevedono una radiazione solare di 1.000 W/m², un coefficiente AM1.5 (che rappresenta la massa d’aria, ovvero lo spessore dell’atmosfera attraversato dai raggi solari) e una temperatura della cella di 25°C. Tuttavia, nella realtà operativa, le temperature delle celle superano spesso i 50-60°C nei mesi estivi, soprattutto in ambienti soleggiati e privi di ventilazione.

Questa discrepanza può comportare una significativa riduzione delle prestazioni del sistema. I pannelli fotovoltaici, infatti, perdono parte della loro efficienza all’aumentare della temperatura. Nel caso dei moduli in silicio cristallino, la perdita è dell’ordine dello 0,5% per ogni grado centigrado oltre i 25°C. Pertanto, se la temperatura di cella raggiunge i 60°C – una condizione abbastanza comune sui tetti degli edifici in pieno sole – il rendimento del modulo può scendere anche del 17-18% rispetto alla potenza nominale. Questo significa che un impianto da 6 kWp potrebbe rendere effettivamente solo circa 5 kWp in condizioni di elevata temperatura, con una conseguente perdita economica se non si tiene conto di tale variabile.

È evidente, quindi, che per una corretta stima della producibilità e della redditività economica di un impianto fotovoltaico, la temperatura non può essere ignorata.

 

2. Il Comportamento Termico Della Cella Fotovoltaica

Dal punto di vista fisico, le celle fotovoltaiche sono dispositivi semiconduttori, e come tali mostrano una sensibilità significativa alla temperatura. Il parametro più influenzato è la tensione a circuito aperto (Voc), che tende a decrescere linearmente all’aumentare della temperatura. Questo calo di tensione implica una riduzione della potenza disponibile all’uscita del modulo.

Nel dettaglio, per ogni aumento di 1°C della temperatura della cella, la Voc cala di circa 2,2 mV. Una variazione di 10°C comporta quindi una riduzione di circa il 4% di Voc. La corrente di corto circuito (Isc), al contrario, aumenta leggermente con la temperatura, ma in maniera molto meno rilevante (circa +0,5% ogni 10°C), e quindi non riesce a compensare il calo di tensione.

Questa dinamica si traduce in un coefficiente di temperatura sulla potenza (Pmax) negativo, tipico delle celle in silicio, che rende il modulo meno efficiente all’aumentare della temperatura. Solo una parte della radiazione solare incidente (in genere il 15-22%, a seconda del tipo di cella) viene convertita in energia elettrica. Il resto si trasforma in calore, causando il riscaldamento della cella stessa.

Per tale motivo, i datasheet dei moduli fotovoltaici riportano sempre i valori di potenza in condizioni STC, ma anche i valori di potenza in condizioni NOCT (Normal Operating Cell Temperature), che rappresentano un contesto operativo più realistico: irraggiamento di 800 W/m², temperatura ambiente di 20°C e velocità del vento di 1 m/s. Il valore NOCT dà una stima molto più veritiera della produzione reale e dovrebbe essere usato per la progettazione professionale degli impianti.

 

3. L’Influenza Della Temperatura Sulla Producibilità Di Un Intero Impianto

La producibilità di un impianto fotovoltaico, ovvero la quantità di energia elettrica effettivamente generata in un anno, dipende da numerosi fattori. Oltre alla temperatura di esercizio dei moduli, giocano un ruolo cruciale la radiazione solare disponibile, l’orientamento e l’inclinazione dei moduli, l’eventuale presenza di ombreggiamenti, la qualità dei componenti installati e la ventilazione.

Per dare un ordine di grandezza, un impianto da 1 kWp installato con angolo e orientamento ottimali e in assenza di ombreggiamenti produce mediamente:

• Regioni settentrionali: 1.000 – 1.100 kWh/anno
• Regioni centrali: 1.200 – 1.300 kWh/anno
• Regioni meridionali: 1.400 – 1.500 kWh/anno

Questi valori sono calcolati tenendo conto delle condizioni climatiche medie delle diverse aree geografiche, che ovviamente influenzano direttamente la temperatura di esercizio dei moduli. In particolare, le installazioni in ambienti urbani con scarsa ventilazione e forte irraggiamento estivo soffrono maggiormente il calore. Inoltre, tetti a bassa pendenza o superfici metalliche possono contribuire all’innalzamento della temperatura operativa.

Esistono però anche accorgimenti progettuali che consentono di mitigare gli effetti negativi della temperatura, come l’adozione di sistemi di raffreddamento passivo (buona ventilazione, montaggio sopraelevato, distanza dal tetto) o addirittura soluzioni attive come raffreddamento ad aria o ad acqua, anche se quest’ultime sono economicamente sostenibili solo in impianti di grandi dimensioni.

 

4. Scelte Tecnologiche Per Massimizzare Le Prestazioni Termiche

Come già accennato, non tutte le tecnologie fotovoltaiche reagiscono allo stesso modo all’aumento della temperatura. I moduli in silicio cristallino (mono- e poli-cristallino), i più diffusi sul mercato, hanno un coefficiente di temperatura Pmax tipicamente compreso tra -0,40% e -0,50% per °C. Questo significa che una differenza di 35°C rispetto alle STC (ad esempio da 25°C a 60°C) può ridurre la produzione fino al 17%.

Tuttavia, esistono tecnologie alternative con una minore sensibilità alla temperatura:

• Moduli a film sottile (thin film), come quelli in CdTe (tellururo di cadmio) o CIS/CIGS (rame indio gallio selenio), hanno coefficienti termici più favorevoli (tra -0,20% e -0,35%/°C), rendendoli adatti ad applicazioni in ambienti caldi.
• Moduli bifacciali: grazie alla capacità di generare energia anche dalla radiazione riflessa sul retro, questi moduli compensano parzialmente la perdita per effetto termico.
• Moduli con celle a eterogiunzione (HJT): combinano silicio cristallino con silicio amorfo, e offrono coefficiente termico più basso (circa -0,26%/°C) e quindi migliori performance a temperature elevate.

Inoltre, va ricordato che l’altitudine influisce positivamente sulla producibilità: a ogni 1.000 metri di altezza, la temperatura media si abbassa di circa 6,5°C, favorendo quindi una maggiore efficienza dei moduli. Questo è il motivo per cui molti impianti alpini, nonostante ricevano meno ore di sole diretto rispetto al Sud Italia, riescono a ottenere ottime prestazioni grazie alle temperature più basse e alla migliore ventilazione.

 

5. Il Degrado Termico Lungo La Vita Utile Del Sistema

Oltre alle perdite di rendimento dovute alle condizioni di funzionamento istantanee, va considerato anche il degrado termico che si manifesta nel lungo periodo. Tutti i moduli fotovoltaici, infatti, subiscono una perdita fisiologica di efficienza con il passare degli anni. Questa degradazione è normalmente compresa tra lo 0,3% e lo 0,8% annui, a seconda della qualità dei materiali e del tipo di cella.

Il calore eccessivo può accelerare questo processo di invecchiamento, contribuendo al deterioramento dei materiali incapsulanti, alla delaminazione, alla corrosione delle connessioni interne e a fenomeni come il PID (Potential Induced Degradation). Questo tipo di degrado può causare un ulteriore calo della producibilità e ridurre l’aspettativa di vita dell’impianto.

Per ridurre il degrado termico è fondamentale:

• Installare i pannelli in maniera corretta, garantendo una buona ventilazione posteriore.
• Usare moduli certificati con materiali di qualità e garanzia di performance.
• Eseguire controlli periodici, anche mediante termocamere a infrarossi, per identificare hot-spot o difetti localizzati.

Un buon impianto, ben progettato e mantenuto, dovrebbe perdere non più del 10-15% di rendimento nei primi 20 anni di funzionamento.

 

Conclusione: Come Ottimizzare La Producibilità Nonostante La Temperatura

In definitiva, la temperatura è un parametro da tenere sempre in considerazione nella progettazione, installazione e valutazione della redditività di un impianto fotovoltaico. Mentre in condizioni di laboratorio i moduli mostrano prestazioni ideali, nel mondo reale è necessario valutare l’effetto della temperatura e adottare contromisure idonee per mitigarne gli effetti negativi.

Ecco alcune raccomandazioni pratiche per ottimizzare la producibilità:

• Prediligere moduli con basso coefficiente termico in zone a clima caldo.
• Garantire una buona ventilazione naturale: distanziare i pannelli dal tetto almeno 10-15 cm e favorire il passaggio dell’aria.
• Considerare l’uso di moduli bifacciali o ad alta efficienza per aumentare la resa complessiva anche in condizioni sfavorevoli.
• Monitorare regolarmente la temperatura dei moduli e le loro prestazioni, così da individuare eventuali anomalie e intervenire tempestivamente.
• Evitare le installazioni su superfici ad alta capacità termica, come coperture metalliche non isolate, che accentuano l’accumulo di calore.

Infine, ricordiamo che un impianto fotovoltaico ben progettato è un investimento duraturo e redditizio, ma la sua efficienza nel tempo dipende anche dalla capacità di affrontare il problema della temperatura operativa. Trascurarlo significa sottovalutare una delle cause principali di perdita di rendimento. Al contrario, gestirlo in maniera consapevole significa assicurarsi una produzione costante, elevata e sostenibile negli anni.