Quali fattori influiscono sull’efficienza di un pannello fotovoltaico?

Nel mondo reale, la maggior parte dei pannelli solari tende ad avere efficienze comprese tra il 16 e il 19%, sebbene alcuni produttori abbiano pannelli di fascia più alta con efficienze superiori al 20%. Ma, per la maggior parte, non importa se usi i pannelli più efficienti per applicazioni residenziali a meno che tu non abbia uno spazio limitato sul tetto. Avere un pannello solare più efficiente non significa necessariamente che sia migliore, significa solo che può generare più energia in un’area più piccola. Se si dispone di uno spazio sul tetto abbondante, ad esempio, potrebbe essere più vantaggioso installare un numero maggiore di pannelli più economici piuttosto che pagare un premio per pannelli più efficienti.

Ma le capacità del pannello di per sé sono solo una parte della storia. Ci sono molti altri fattori che influenzano l’efficienza dei pannelli solari e la capacità di convertire la luce solare in energia da utilizzare nelle nostre case e aziende.

Pannelli solari e temperatura

Che tu ci creda o no, le temperature più calde hanno effettivamente un effetto negativo sulla produzione di pannelli solari. Sembra folle, vero? Penseresti che temperature più calde sarebbero migliori perché generalmente c’è più luce solare quando fa più caldo, ma l’esposizione prolungata al calore può degradare prematuramente le celle solari.

Per la produzione giornaliera, le alte temperature provocano un calo di tensione e, a sua volta, un calo di potenza. La potenza è il prodotto di tensione e corrente (P = V x I), quindi sebbene la corrente aumenti leggermente con la temperatura, la potenza complessiva viene ridotta da una significativa caduta della differenza di potenziale tra gli elettroni (tensione).

Vedete, la luce solare è composta da particelle cariche chiamate fotoni che hanno origine dalla collisione di atomi di idrogeno nel nucleo del Sole. Poiché questi fotoni influiscono sul servizio semiconduttivo dei pannelli (le celle solari), impartiscono le loro energie agli elettroni nella cella. Una volta che questi elettroni sono eccitati a uno stato energetico superiore, si muovono e vengono infine raccolti e incanalati in un flusso di elettroni (ovvero in elettricità).

Se aumenti la temperatura, la “temperatura di riposo” dell’elettrone viene effettivamente aumentata. Poiché è necessaria meno energia per eccitare l’elettrone, viene inizialmente trasferita meno energia dal fotone. Di conseguenza, il tuo sistema produce meno elettricità.

Ora, prima di iniziare a ventilare i pannelli solari con le fronde di palma, dovresti sapere che solo temperature estremamente elevate avranno un impatto significativo sull’efficienza dei pannelli solari. Quindi, se i pannelli si trovano nel mezzo di un deserto, ad esempio, probabilmente vedranno un calo delle prestazioni (per non parlare di una discreta quantità di polvere).

Se, invece, sei in città, questo sarà un problema solo nei giorni più caldi, nei mesi più caldi. Per mitigare questo problema, generalmente vedrai pannelli solari residenziali leggermente rialzati sui tetti in modo da migliorare la circolazione dell’aria e raffreddare efficacemente i pannelli. Questo è anche il motivo per cui i pannelli solari galleggianti stanno guadagnando popolarità poiché l’acqua aiuta a raffreddare il sistema e migliora leggermente l’efficienza del pannello.

Posizione, posizione, posizione!

Come vorrebbe la logica, è probabile che tu trovi turbine eoliche in aree con una fornitura costante di vento, centrali idroelettriche vicino all’acqua e sistemi di energia solare, beh, dove c’è molta luce solare!

Ogni tecnologia rinnovabile ha bisogno di una fonte di energia e la pompa del carburante del solare si trova a circa 93 milioni di miglia di distanza, al centro del nostro sistema solare. Detto questo, non tutti i luoghi sulla Terra ricevono la stessa abbondanza di luce solare annuale. Conoscere l’irraggiamento relativo della tua casa, la quantità di radiazione solare ricevuta in una data area, è fondamentale per progettare un pannello solare economico per la tua casa.

L’insolazione è determinata da fattori quali il clima locale, il periodo dell’anno e, soprattutto, la latitudine della tua casa o della tua attività. Ti sei mai chiesto perché abbiamo le stagioni? Bene, in poche parole, è perché la Terra è inclinata di 23,5 gradi e parti del pianeta saranno più vicine al sole in diversi periodi dell’anno (più vicino è l’estate, più lontano è l’inverno).

Senza andare troppo in profondità nella meccanica orbitale, questo si traduce nel fatto che il Sole si trova a diverse altitudini nel cielo a seconda della stagione. Il sole sarà più alto nel cielo in estate e più basso in inverno, quindi i numeri di produzione del tuo pannello solare varieranno a seconda della stagione. Ricorda: è tutta una questione di produzione annuale. Il tuo sistema senza dubbio produrrà più elettricità in estate, ma probabilmente stai anche usando più elettricità, specie al sud dove non puoi vivere senza l’aria condizionata.

Anche il tuo tetto ha una parte in termini di efficienza! Proprio come dover affrontare un bersaglio per colpire il bersaglio, i tuoi pannelli devono essere puntati verso il Sole per massimizzare la produzione. I progettisti di sistemi ottengono questo risultato orientando i pannelli in modo tale che il loro passo e il loro azimut consentano l’esposizione più annuale. Quindi è qui che la geometria della tua casa diventa fondamentale.

“Inclinazione del tetto”, ad esempio, è la pendenza o la relativa pendenza del tetto. Poiché il Sole varia nel suo angolo di altitudine durante l’anno, i pannelli devono essere inclinati in modo che, in media, ricevano la maggior parte della luce solare. Questo angolo è tipicamente lo stesso della tua latitudine locale. Tieni presente che questo angolo è relativo al suolo, non alla superficie del tetto. L’angolo tra i pannelli e il tetto è la tua latitudine meno la pendenza del tetto (l’angolo di inclinazione).

L’altro angolo che devi prendere in considerazione è l’angolo azimutale, che viene tipicamente misurato da una direzione cardinale come nord o sud. In Italia, puntare i pannelli perfettamente a sud è l’ideale (la stessa direzione della parabola satellitare) perché vedranno la massima esposizione alla luce solare. Tuttavia, non è la fine del mondo se hai un tetto rivolto a est / ovest. Oggigiorno si vedono spesso sistemi su tetti con orientamento est / ovest.

L’unica direzione in cui non orienteresti i tuoi pannelli è il nord (a meno che tu non viva nell’emisfero meridionale. Per chiarire, questo è perché la Terra è più o meno una sfera. Per le persone che vivono nell’emisfero settentrionale, il sole apparirà essere nella parte meridionale del cielo. Questo è l’opposto per i residenti dell’emisfero meridionale.

Il mito dei cieli nuvolosi e del sole

C’è un malinteso comune secondo cui i giorni nuvolosi impediscono la generazione di elettricità. Anche se i pannelli solari per la tua casa vedranno sicuramente un calo della produzione, stanno ancora ricevendo luce e continuano a convertirla in elettricità.

Il solo fatto che puoi vedere i pannelli sul tetto significa che c’è luce che passa attraverso la copertura nuvolosa opaca. Ciò che conta è l’abbondanza annuale di sole, non un solo giorno nuvoloso in cui i pannelli potrebbero produrre solo circa il 20% della loro capacità nominale.

Inoltre, il fatto che la temperatura sia più fresca significa che i pannelli solari avranno una maggiore efficienza rispetto a una città più calda che potrebbe ottenere lo stesso livello di sole. Guarda la Germania. I tedeschi, fino a poco tempo fa, guidavano il mondo nella produzione di energia solare e il loro paese non è pubblicizzato come un paradiso tropicale inondato da un mare di sole. Nonostante il loro clima più settentrionale e temperato, rappresentano circa 1/5 del solare mondiale, circa 40 gigawatt di capacità installata.

Ombra – La rovina dell’esistenza del tuo pannello solare

Questo è abbastanza autoesplicativo, ma non posso sottolineare l’effetto dell’ombra in quanto è particolarmente dannoso per il tuo sistema di energia solare residenziale o commerciale. La buona notizia è che è anche uno dei più facili da controllare in quanto non è un fattore ambientale (a meno che non si contino gli alberi).

L’ombra è nemica del solare perché, proprio come le nuvole, blocca la luce solare necessaria per produrre elettricità. Quindi, ad esempio, se hai molti alberi circostanti, probabilmente dovrai tagliarli o rimuoverli per diventare solare. Anche le ostruzioni del tetto come prese d’aria o camini possono essere un problema sebbene siano molto meno facili da aggirare.

Il motivo per cui l’ombra pone un problema così grave ha a che fare con il modo in cui i pannelli solari sono cablati internamente e tra loro. In un pannello, le singole celle sono cablate in serie in modo da aumentare la tensione del modulo, ma sono efficienti solo quanto il loro anello più debole. Quindi, anche se una piccola parte di un modulo è ombreggiata, l’intero array subirà un calo di potenza. Questo è vero per il sistema nel suo insieme poiché i pannelli stessi sono collegati in serie (generalmente).

Ma c’è una grande soluzione a questo problema: utilizzare gli ottimizzatori di potenza, o microinverter. Essenzialmente un ottimizzatore di potenza isola un singolo modulo in modo tale che le sue prestazioni non influiscano sugli altri moduli in un array. Pensa ai microinverter come alle moderne luci di Natale. Le stringhe di luci più vecchie presentavano il problema di “quando una luce smette di funzionare, smettono tutte di funzionare”. Con un microinverter, la produzione dei pannelli ombreggiati ne risentirà, ma il resto del sistema andrà bene.

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