Efficienza pannelli fotovoltaici

Efficienza pannelli fotovoltaici: vantaggi e considerazioni

Un pannello efficiente può essere tale se genera una buona potenza, pur non essendo eccessivamente grande. Ci sono tuttavia diverse considerazioni da fare, per quanto riguarda i pannelli solari fotovoltaici; infatti, in materia di efficienza ci si riferisce alla capacità di accumulo dell'energia solare da parte delle celle del pannello, la qualità dei materiali utilizzati per la costruzione e ai metodi d’installazione. Per i proprietari di casa che intendono munirsi di un proprio sistema fotovoltaico, l'efficienza è probabile che sia meno importante rispetto al costo per watt in uscita. Se l'impianto è impostato per coprire in questo caso una casa, e con l'intento di produrre energia solare a sufficienza tale da poterla rivendere ai gestori nazionali dell'energia elettrica, per ammortizzare i costi dell'installazione, allora l'efficienza deve garantire questa scelta, senza troppe restrizioni o rischi di fare conti e quindi spese sbagliate.

Efficienza pannelli fotovoltaici: le celle solari

I ricercatori sono costantemente impegnati a migliorare l'efficienza, con cui le celle solari convertono l'energia luminosa in quella elettrica. Il record al momento è pari a un rendimento di circa il 40%, utilizzando celle multi- giunzione (più strati di silicio), e ogni strato serve per intrappolare diverse frequenze (colori) della luce. Questo tipo di cella è abbastanza costosa da produrre, ed è utilizzata principalmente nei casi in cui l'efficienza è più importante rispetto ai consumi, quindi adatta per chi sfrutta l'energia solare per attività industriali, e l'uso di macchinari a elevato consumo di elettricità. Le celle di tipo standard utilizzate nei pannelli fotovoltaici per la produzione di energia elettrica domestica, sono di solito con un solo tipo di giunzione e con un'efficienza intorno al 15%. I pannelli solari hanno normalmente uno strato di vetro attraverso cui la luce deve passare prima di entrare nelle celle, quindi funge da filtro protettivo. Due fattori importanti per l'efficienza da punto di vista funzionale, sono quelli legati al montaggio inteso come angolazione, e alla quantità di energia solare che riescono ad accumulare. Piccole zone d'ombra possono dunque avere su un pannello fotovoltaico un effetto significativo sulla potenza prodotta, che risulta quindi minore rispetto a zone più esposte ai raggi diretti del sole. Ci possono essere tuttavia situazioni in cui questo non può essere evitato, e gli effetti di ombreggiatura parziale devono essere presi in considerazione. Un’ombra che cade, anche se in piccola parte su un pannello, può avere un effetto sulla gittata; infatti, le celle che sono ombreggiate producono meno energia, ma se sono collegate in serie, quelle ombreggiate sono compensate con il vantaggio di poter produrre anche tensioni più elevate, che possono essere utilizzate con l'applicazione di alcuni inverter.

Efficienza pannelli fotovoltaici: le tensioni elettriche prodotte

Oltre al posizionamento e all'angolazione, i pannelli al fine di catturare più energia di luce possibile richiedono un'alimentazione costante di 0.4 volt per ogni cella; infatti, un pannello solare con una tensione nominale di 24 volt dovrebbe normalmente illuminare 72 celle, risultante di una corrente costante fino a 28,8 volt. Quando il pannello è collegato alla batteria tramite un semplice regolatore di carica, la tensione sarà subordinata a quella della batteria. Il risultato è che il pannello sarà in grado di produrre la massima potenza, soltanto quando la batteria è completamente carica. Questo potrebbe essere particolarmente svantaggioso, anche se esistono strumentazioni adatte per risolvere il problema, e che sono in grado di regolare la carica delle batterie, mantenendo i pannelli alla loro tensione ottimale. Il sistema è molto semplice e si basa su un pannello solare aggiuntivo di piccola portata e potenza, in grado di alimentare solo ed esclusivamente la batteria tenendola costantemente carica, ed evitare che i valori siano sotto il limite necessario per alimentare un pannello con 72 celle. Quest'ultimo caso è un ulteriore esempio per spiegare al meglio a cosa ci si riferisce quando si parla di efficienza di un impianto fotovoltaico.

Domande frequenti

Qual è la differenza di efficienza tra pannelli domestici e quelli industriali?

L'efficienza varia significativamente in base all'utilizzo. I pannelli per uso domestico standard, con celle a singola giunzione, presentano un rendimento medio intorno al 15%. Al contrario, per applicazioni industriali o dove lo spazio è limitato, si utilizzano celle multi-giunzione composte da più strati di silicio capaci di intrappolare diverse frequenze luminose, raggiungendo efficienze vicine al 40%. Tuttavia, queste ultime sono molto più costose da produrre e spesso non giustificano l'investimento per una semplice abitazione, dove il rapporto costo-per-watt è generalmente più determinante della massima efficienza teorica.
Come influiscono le ombre parziali sulle prestazioni del pannello?

Anche piccole zone d'ombra possono ridurre drasticamente la potenza complessiva del pannello, poiché le celle colpite producono meno energia. Se le celle sono collegate in serie, l'ombreggiatura di una parte può limitare il flusso di tutta la stringa. Tuttavia, esistono soluzioni tecnologiche come specifici inverter o ottimizzatori di potenza che mitigano questo effetto, permettendo alle celle non ombreggiate di continuare a operare alla loro massima tensione. È fondamentale valutare attentamente l'esposizione durante tutte le ore del giorno per minimizzare questi cali di efficienza.
Quanta tensione serve per far funzionare correttamente un pannello standard?

Per un funzionamento ottimale, ogni cella solare richiede un'alimentazione costante di circa 0,4 volt. Di conseguenza, un pannello tipico composto da 72 celle necessita di una tensione nominale di 24 volt, generando una corrente costante fino a 28,8 volt. Questa specifica tensione è cruciale per garantire che il pannello operi nel suo punto di massima potenza. Se la tensione fornita scende al di sotto di questo valore, ad esempio a causa di un caricabatterie inadeguato, l'efficienza dell'intero sistema ne risentirà negativamente, riducendo la quantità di energia immagazzinata.
È vero che il pannello produce la massima potenza solo quando la batteria è piena?

No, questa affermazione è errata. Con un semplice regolatore di carica, il pannello tende a lavorare alla tensione della batteria. Quando la batteria è quasi carica, la sua tensione sale, avvicinandosi a quella del pannello, ma il sistema non è ottimizzato. In realtà, il pannello eroga la massima potenza quando c'è un dislivello di tensione favorevole. Per mantenere i pannelli al loro punto di efficienza ottimale indipendentemente dallo stato di carica, si utilizzano regolatori MPPT o sistemi ausiliari che separano la gestione della batteria da quella del pannello, evitando perdite energetiche.
Cosa determina realmente l'efficienza di un impianto fotovoltaico residenziale?

L'efficienza non dipende solo dalla tecnologia delle celle, ma da un insieme di fattori: la qualità dei materiali, l'angolo di installazione, l'esposizione solare e l'assenza di ombre. Per un proprietario di casa, il parametro più pratico è il costo per watt prodotto. Un pannello estremamente efficiente ma costosissimo potrebbe non essere conveniente rispetto a pannelli standard più economici, purché l'impianto sia dimensionato correttamente per coprire i consumi o generare surplus da vendere. L'obiettivo è bilanciare rendimento, durata e investimento iniziale.