Quali pannelli fotovoltaici lavorano meglio all’ombra?

Quando alberi o edifici proiettano ombre parziali su un pannello solare, la potenza diminuisce drasticamente. Alcuni tipi di pannelli sono progettati per gestire meglio questo. Le condizioni di scarsa illuminazione sono infatti una situazione normale che i pannelli solari sono ben progettati per gestire. Che sia nuvoloso, piovoso o semplicemente la mattina presto o nel tardo pomeriggio, dovresti aspettarti che i tuoi pannelli solari continuino a generare energia. La potenza dei tuoi pannelli solari diminuirà, ma con la maggior parte dei pannelli la diminuzione è abbastanza lineare. Cioè, se la luce solare diminuisce della metà, con la maggior parte dei pannelli anche l’uscita diminuirà di circa la metà.

Cosa succede quando un pannello fotovoltaico viene coperto da un’ombra

Tuttavia, una situazione divertente si verifica quando un pannello solare è solo parzialmente coperto da un’ombra. Se blocchi la luce da metà di un pannello e lasci l’altra metà in pieno sole, potresti aspettarti che la potenza in uscita si riduca della metà. Ma non è così. Ciò che effettivamente accade è che la potenza in uscita diminuirà drasticamente: perderai molto più della metà della potenza.

Ci sono un paio di approcci che i produttori possono adottare per costruire pannelli solari che funzionino meglio in condizioni di ombra parziale come questa. Il primo e più comune è utilizzare un componente elettrico chiamato diodo di bypass. Lo scopo di un diodo di bypass è quello di consentire all’elettricità in un pannello solare di fluire attorno alle celle ombreggiate.

Un altro è usare celle solari tagliate a metà. L’utilizzo di celle solari tagliate a metà aumenta le vie elettriche disponibili in un pannello solare, rendendolo più resistente all’ombra. Un’altra strategia che non coinvolge la stessa tecnologia dei pannelli solari è quella di utilizzare l’elettronica di potenza a livello di modulo, come microinverter o ottimizzatori di potenza.

Esistono ancora più approcci per migliorare la tolleranza all’ombra, ma sia i pannelli solari tagliati a metà che l’elettronica di potenza a livello di modulo sono ora ampiamente disponibili sul mercato e stanno guadagnando popolarità, in particolare i microinverter. Pertanto, se stai progettando un sistema di pannelli solari che funzioni meglio all’ombra, una combinazione di pannelli solari tagliati a metà e microinverter o ottimizzatori di potenza potrebbe essere la tua migliore opzione.

I dodi di bypass nei pannelli solari

La quantità esatta di energia che un pannello solare perderà quando è parzialmente ombreggiato dipende da dove cade l’ombra sul pannello. Un tipico pannello solare è costituito da 60 singole celle solari cablate insieme. Quando una cella solare è ombreggiata, perde potenza.

Questa perdita di potenza aumenta la resistenza elettrica all’interno della cella, che a sua volta blocca il flusso di elettricità proveniente dalle celle solari a monte. A seconda di dove cade l’ombra, un pannello solare senza un metodo per mitigare questo problema potrebbe perdere completamente energia.

La soluzione che i produttori utilizzano per affrontare questo tipo di problema di ombreggiamento parziale è l’aggiunta di diodi di bypass. Un diodo di bypass è come una deviazione attorno a un ingorgo: consente all’elettricità di fluire attorno alle celle ombreggiate.

Un tipico pannello solare a 60 celle è cablato internamente in tre stringhe separate, con un diodo di bypass che protegge ciascuna stringa. Questi diodi si trovano nella scatola di giunzione, che è la piccola scatola nera che troverai sul retro del pannello. Con un diodo di bypass in posizione, quando una singola cella solare è ombreggiata, la perdita di potenza si verifica solo all’interno della stessa stringa, non dell’intero pannello. Ciò può limitare l’impatto dell’ombreggiatura parziale sul pannello, ma di quanto lo limita dipende da come l’ombra cade sul pannello.

In un’installazione sul tetto di una casa, l’ombreggiatura può provenire da molte fonti, non solo dagli alberi. Edifici vicini, camini, oggetti sul tetto come antenne paraboliche, segmenti del tetto con angoli diversi e persino foglie e cacca di uccelli possono causare problemi di ombreggiamento.

Le celle solari tagliate a metà

Alcuni produttori dispongono di metodi aggiuntivi per migliorare le prestazioni in questa situazione. Una di queste tecnologie è costituita dalle celle tagliate a metà, che sostanzialmente raddoppia la capacità di un pannello solare di affrontare i problemi di ombreggiamento.

Una cella solare tagliata a metà è esattamente quello che sembra: una normale cella solare viene tagliata in due. Un pannello che utilizza celle a metà taglio avrà 120 celle a metà taglio invece delle tipiche 60. Con lo schema di cablaggio di un pannello solare tagliato a metà, ciò si traduce in un raddoppio dei percorsi elettrici attraverso il pannello. Ciò significa che un pannello avrà sei stringhe interne anziché tre.

Un pannello solare con celle tagliate a metà ha due regioni, raddoppiando i percorsi elettrici attraverso il pannello. Se la metà superiore del pannello è ombreggiata, la parte inferiore non verrà modificata. Una minore resistenza nelle celle tagliate a metà significa una migliore efficienza. Uno dei modi in cui un pannello solare perde efficienza, infatti, è attraverso il calore causato dalla resistenza elettrica.

Poiché la potenza dissipata va con il quadrato della corrente, ciò significa che se raddoppi la corrente (misurata in ampere), la perdita di potenza è 4 volte maggiore. Per questo motivo, le celle tagliate a metà beneficiano di una minore perdita di potenza resistiva. Ogni cella solare tagliata a metà genera la metà della corrente di una cella a grandezza naturale, risultando in 1/4 della perdita di potenza di un pannello fotovoltaico convenzionale.

La perdita di potenza resistiva all’interno di un pannello non è molto elevata, ma nella tecnologia dei pannelli solari siamo arrivati al punto in cui ogni piccolo guadagno aiuta. In media, un pannello solare tagliato a metà avrà un miglioramento assoluto dell’efficienza di circa lo 0,5%. Ciò significa che se si dispone di un pannello con un’efficienza complessiva del 18%, il passaggio a celle tagliate a metà porterà a un’efficienza di circa il 18,5%.

Microinverter, ottimizzatori di potenza e ombreggiatura

Per essere chiari, questo articolo riguarda l’ombreggiatura parziale di un singolo pannello solare e non l’ombreggiatura che interessa diversi pannelli solari nel tuo array.

L’ombra che cade su una parte del tuo array causa un problema a livello di sistema simile all’ombreggiatura parziale di un singolo pannello solare. Questo perché, proprio come il modo in cui le singole celle di un pannello sono cablate in serie, anche i pannelli di un array sono normalmente cablati in serie. Ciò significa che bloccare la luce su un singolo pannello può influire sull’intero array.

La soluzione a questo problema sta nella scelta dell’inverter. I microinverter e gli ottimizzatori di potenza sono due tecnologie di inverter che consentono al tuo array di gestire meglio l’ombreggiatura del sistema. Entrambi ti aiuteranno a massimizzare la potenza del tuo sistema, con il compromesso di un costo maggiore. Altri articoli in questo sito li illustreranno più in dettaglio.