Quali Sono Le Perdite Di Un Impianto Fotovoltaico?
1) I Fattori Che Determinano Le Perdite Di Un Impianto Fotovoltaico
La produzione reale di energia di un impianto fotovoltaico risulta sempre inferiore a quella teoricamente producibile in base all’irraggiamento solare disponibile. Ciò è dovuto alla somma di diverse perdite lungo tutto il processo di conversione dell’energia solare in elettricità. La somma di queste perdite incide direttamente sull’efficienza finale dell’impianto. Ad esempio, se le perdite totali ammontano al 25%, l’efficienza complessiva sarà del 75%, e ciò si tradurrà in una producibilità netta pari al 75% di quella lorda calcolata su base teorica.
In ambito tecnico, si definisce “performance ratio” (PR) proprio questo rapporto tra energia prodotta effettivamente e quella teorica. Un PR pari al 75% è considerato adeguato per impianti ben progettati, anche se i sistemi più moderni possono raggiungere valori superiori, soprattutto in condizioni favorevoli e con componentistica di alta qualità.
Le principali voci di perdita in un impianto fotovoltaico sono generalmente attribuibili ai seguenti fattori:
- Perdite per effetto della temperatura: ~7,6%
- Mismatch elettrico tra moduli (disaccoppiamento): ~5,7%
- Perdite nei convertitori cc/ca (inverter): ~4%
- Perdite dovute a bassa radiazione solare e ombreggiamento: ~3,3%
- Perdite per riflessione: ~3,1%
- Perdite nei servizi ausiliari e filtri: ~2%
- Perdite nei quadri in continua e resistenze nei cavi: ~1,2%
- Perdite dovute alla sporcizia sui moduli: ~1%
Questi valori sono medi e possono variare a seconda del sito di installazione, della qualità dei componenti, della manutenzione effettuata e della configurazione impiantistica. Un impianto mal progettato o trascurato può infatti accumulare perdite superiori al 30%, compromettendo significativamente la resa economica dell’investimento.
2) Le Perdite Dei Moduli Fotovoltaici Per Effetto Della Temperatura
Il rendimento di una cella fotovoltaica è inversamente proporzionale alla sua temperatura operativa. Sebbene l’intensità dell’irraggiamento solare sia il fattore principale che alimenta la produzione fotovoltaica, le alte temperature riducono significativamente la tensione operativa dei moduli, e quindi la potenza erogata.
Ogni pannello fotovoltaico possiede un coefficiente di temperatura (espresso in %/°C), che indica quanto decresce la potenza al variare della temperatura rispetto a una condizione standard (25°C). Per i moduli in silicio cristallino, questo valore è in genere compreso tra -0,38% e -0,48% per ogni grado sopra i 25°C. Di conseguenza, un pannello che lavora stabilmente a 45°C perde circa il 8-10% della potenza nominale.
A incidere sulla temperatura della cella concorrono numerosi fattori:
- Temperatura ambiente: i climi caldi sono meno favorevoli.
- Velocità del vento: una maggiore ventilazione migliora il raffreddamento passivo dei moduli.
- Tipologia di installazione: i pannelli installati su tetto sono spesso meno ventilati rispetto a quelli su strutture a terra.
- Materiali e proprietà ottiche: la trasmittanza della copertura in vetro, l’assorbenza del materiale semiconduttore e l’interazione termica con il retro del modulo influenzano direttamente la temperatura operativa.
Gli impianti installati ad alta quota beneficiano di un raffreddamento naturale: mediamente, la temperatura dell’aria diminuisce di circa 6,5°C ogni 1.000 metri di altitudine. Questo fenomeno, combinato con un’irradiazione più intensa grazie alla minore densità atmosferica, si traduce in rendimenti superiori rispetto a quelli registrabili al livello del mare.
Per impianti in zone calde o esposte al sole diretto senza ventilazione, è consigliabile impiegare moduli ad alta efficienza termica o in tecnologia eterogiunzione (HJT), che hanno coefficiente di temperatura più basso e dunque mantengono prestazioni migliori anche in condizioni critiche.
3) Le Perdite Sulla Parte Elettrico-Circutale Dell’Impianto FV
Una parte rilevante delle perdite si verifica nel sistema elettrico in corrente continua (DC) e nel passaggio alla corrente alternata (AC), necessaria per l’utilizzo in rete o nelle abitazioni. La prima voce da considerare è il cosiddetto mismatch: un fenomeno legato all’impossibilità di ottenere moduli perfettamente identici in prestazioni elettriche.
Ogni stringa di pannelli è infatti composta da moduli collegati in serie; se un solo modulo presenta una tensione o una corrente differente (ad esempio per invecchiamento disomogeneo, micro-ombreggiamento o difetti di produzione), l’intera stringa lavora al livello del modulo più debole. Analogamente, le stringhe in parallelo devono essere simili tra loro per ottenere una buona efficienza. Questo disaccoppiamento può determinare perdite comprese tra l’1% (impianti piccoli con selezione accurata dei moduli) e il 6% (impianti grandi con moduli installati in più fasi o con tolleranze elevate).
A queste si sommano le perdite di conduzione elettrica, dovute a:
- Resistenze nei cavi (effetto Joule)
- Perdite per contatti imperfetti
- Cadute di tensione nei diodi di protezione e nei dispositivi di sezionamento
Per contenere tali perdite, è fondamentale un dimensionamento corretto delle sezioni di cavo in funzione della lunghezza e della corrente, l’uso di componenti certificati, e l’adozione di pratiche di installazione professionali.
Un buon progetto impiantistico consente di mantenere queste perdite entro l’1-2%, ma negli impianti più vecchi o non manutentati adeguatamente si possono riscontrare valori più elevati.
4) Le Perdite Legate Alla Quantità Di Radiazione Sui Pannelli Fotovoltaici
Un altro gruppo di perdite è legato alla quantità effettiva di radiazione solare che raggiunge i moduli fotovoltaici, che può essere inferiore al valore teorico disponibile per una serie di motivi:
Perdite per basso soleggiamento
Negli impianti connessi alla rete, gli inverter possono non attivarsi nelle prime ore del giorno o al tramonto, quando l’irraggiamento è molto basso e non sufficiente a superare il punto di innesco dell’apparecchiatura. Questa condizione può generare una perdita di produzione dello 0,5-1,5% su base annua.
Ombreggiamento reciproco e da ostacoli
L’ombreggiamento riduce drasticamente la produzione dei moduli colpiti. Le ombre possono provenire da ostacoli fissi (camini, antenne, alberi, edifici vicini) o essere autocastate, cioè provocate dai moduli stessi quando disposti in file successive. Questo effetto è tanto più rilevante quanto minore è l’angolo di inclinazione e la distanza tra le file. Le perdite da ombreggiamento possono andare dal 2% in impianti ben progettati fino al 10% in impianti trascurati.
La progettazione accurata, attraverso software di simulazione e rilievi del profilo orizzontale del sito, consente di minimizzare questo tipo di perdita.
Perdite per riflessione
Una parte dell’energia solare incidente viene riflessa dalla superficie vetrata del pannello e non contribuisce alla produzione. Le moderne tecnologie antiriflesso (coating AR) applicate al vetro riducono significativamente questo effetto, portandolo a valori dell’ordine del 2-3%.
Perdite per sporcizia
La presenza di polveri, sabbia, polline, smog o escrementi di uccelli sui pannelli impedisce alla luce solare di raggiungere le celle, causando una riduzione della produzione. Le perdite variano molto a seconda del clima e del livello di manutenzione:
- Zone con alta piovosità: perdite intorno all’1%
- Zone aride o industriali: perdite tra il 2% e il 5%
La pulizia periodica (almeno 1-2 volte l’anno) è raccomandata, preferibilmente in primavera e in estate. L’utilizzo di robot pulitori o soluzioni idrofobiche può contribuire a contenere ulteriormente le perdite.
5) Le Perdite Sull’Inverter E Sul Sistema Di Accumulo Dell’Energia
L’inverter è l’elemento che converte la corrente continua generata dai pannelli in corrente alternata utilizzabile dalla rete elettrica o dagli apparecchi domestici. Sebbene l’efficienza di conversione degli inverter moderni sia molto elevata (tra il 96% e il 98,5%), una parte dell’energia viene comunque persa durante il processo.
La curva di rendimento degli inverter non è lineare: la massima efficienza si ha generalmente tra il 30% e l’80% del carico nominale. A carichi molto bassi o molto elevati l’efficienza decresce, e ciò implica che la scelta dell’inverter debba essere coerente con le caratteristiche di produzione dell’impianto e del profilo di carico dell’utenza.
Per impianti connessi alla rete, le perdite da inverter sono in genere comprese tra il 2% e il 4%. Per impianti in isola, tali perdite possono arrivare fino al 10% per via della necessità di mantenere l’inverter acceso anche in assenza di produzione o carico.
Perdite da accumulo
L’adozione di batterie per l’accumulo dell’energia consente di utilizzare l’energia prodotta durante il giorno anche nelle ore notturne o nei momenti di scarso irraggiamento. Tuttavia, i sistemi di accumulo introducono nuove perdite legate ai processi di carica/scarica, conversione e mantenimento.
Le perdite tipiche di un sistema di accumulo dipendono dalla tecnologia utilizzata:
- Batterie al piombo-acido: rendimento complessivo tra 85% e 88%
- Batterie al litio: rendimento tra 90% e 95%
- Sistemi con inverter ibridi: rendimento complessivo sistema batteria-inverter anche del 92-94%
Pertanto, una parte dell’energia prodotta (in media tra il 5% e il 12%) viene inevitabilmente persa nella gestione dell’accumulo. Tuttavia, tale perdita può essere economicamente vantaggiosa se consente di aumentare l’autoconsumo e ridurre l’acquisto di energia dalla rete a prezzi elevati.
