sabato 4 maggio 2024

Ottimizzare la producibilità di un impianto fotovoltaico con le attuali tecnologie?

 Dati di letteratura indicano che oggi i collettori fotovoltaici moderni hanno un rendimento medio intorno al 15%, con una prestazione più bassa nei pannelli in silicio amorfo, dove si parla di un rendimento del 9% circa, fino ad arrivare ai più costosi ed evoluti moduli in silicio monocristallino con un rendimento medio del 20% circa. Punte  di valori fino al 23,5% sono presenti in offerte recenti dove il dato rientra tra le prestazioni garantite.

I più recenti pannelli fotovoltaici bifacciali, basati invece su una cella bifacciale e una pellicola trasparente sul retro, utilizzando sia la luce incidente sul lato anteriore che sul lato posteriore, lascia attendere un rendimento fino al 30 %. Infine, nonostante la possibilità di pannelli in perovskite sembrava produrre un generalizzato abbassamento dei costi, ma con rendimenti intorno al 21,5%, si sono avuti recenti annunci sui media che è stata raggiunta un’efficienza del 33,9% di una singola cella fotovoltaica tandem, realizzata cioè in silicio e perovskite[1].




Miglioramenti della producibilità potrebbero essere anche conseguiti con un più accurato orientamento dei pannelli fotovoltaici. Ma questa via sembra più complessa di quanto si possa pensare.

Come noto, la producibilità media annua unitaria di un impianto fotovoltaico dipende innanzitutto dalla località geografica in cui l’impianto è ubicato, ed è espressa in kWh/kW cioè in  chilowattora producibili per ogni chilowatt di potenza nominale dell’impianto. Con le tecnologie oggi disponibili, salvo sistemi di concentrazione o ricerca, i valori qui sopra indicati nella mappa UE/JRC devono essere considerati cautelativamente come la massima energia estraibile (in kWh)  da ogni kW di potenza (di picco) installata.

Alle nostre latitudini, si assume come pratica consuetudine che i moduli siano orientati esattamente a Sud e inclinati di circa 30°-35° sull’orizzontale (l’inclinazione esatta, detta anche “tilt”, dipende dalla latitudine geografica del sito dell’impianto).

Talvolta, anche gli inevitabili effetti di ombreggiature su un sito determinato, potrebbero rendere opportuna qualche verifica. Per  il posizionamento ottimale di grandi impianti fotovoltaici, si potrebbero fare vere e proprie  campagne simulative preventive su pannelli di prova, attrezzati con solarimetri, per rilevare misure di  potenza su un lungo periodo di tempo e ottimizzare i parametri di esposizione dei pannelli fotovoltaici. Oppure valutare la convenienza di adottare impianti con inseguimento del punto di massima potenza, che varia a seconda dell’ora del giorno, della stagione nonché delle luminosità e altri parametri atmosferici, come nuvolosità, umidità, particelle in sospensione, temperature, etc.. Ciò si traduce nella necessità di sistemi complessi per variare in tempo reale gli angoli e quindi l’orientamento spaziale  dei pannelli. Sistemi che non sempre risultano economicamente convenienti, anche perché le condizioni ambientali sono mutevoli e non del tutto prevedibili. Così anche per i grandi impianti si scende spesso a compromessi di mediazione.

La situazione non è molto diversa per i medi e piccoli impianti, specie quelli per la produzione domestica, dove si ricorre a pratiche consuetudinarie che conducono ad una installazione fissa che entro certi limiti potrebbe anch’essa essere ottimizzata scegliendo angoli di orientazione dei pannelli che variano almeno a seconda della posizione geografica e delle condizioni locali del sito di installazione. In teoria, anche in questo caso si potrebbero fare dei sopralluoghi sul sito di posizionamento dei pannelli e con una misura di luminanza (lux) almeno verificare le producibilità attese sopra riportate nella mappa, convertendo poi i lux rilevati in W/m2. A questo scopo possono essere utili apparecchiature disponibili in commercio a prezzi accessibili[1],  o anche con smartphone dotati di applicazioni reperibili su GooglePlay[2]   che permettono di rilevare misure di luminanza in lux e  - trattandosi di luce solare – convertire tale valore in W/m2 ricordando che :

Il lux (simbolo: lx) è l'unità di illuminamento, o flusso luminoso per unità di superficie, nel Sistema Internazionale di Unità (SI). È pari a un lumen per metro quadrato. In fotometria viene utilizzato come misura dell'intensità, percepita dall'occhio umano, della luce che colpisce o attraversa una superficie.

Non esiste una conversione semplice, dipende dalla lunghezza d'onda o dal colore della luce. Tuttavia, per il sole esiste una conversione approssimativa di 0,0079 W/m2 per Lux. Ad esempio, per inserire i numeri: se leggiamo 75.000 Lux su un sensore solare, convertiamo tale lettura in W/m2 come segue: 75.000×0,0079=590 W/m2.

In ogni caso si tratta di verifiche che andrebbero eseguite su tempi lunghi, che richiedono dispendio di risorse e  che sinora, non appaiono ancora molto praticate, perché evidentemente il “gioco non vale la candela”.

A titolo di puro esempio si riporta qui di seguito la pianificazione con i relativi dati di input/output - (effettuata con il simulatore  messo a punto dal  Dott. M. Menichella vedasi www.consulente-energia.com  ) -  di un impianto famigliare da 6kW in corso di realizzazione nella zona di Roma con pannelli che garantiscono il 22% di rendimento, una garanzia per 10 anni e un ciclo di vita atteso di 30 anni.





NOTA BENE: Come si può vedere, nel caso riportato sopra non si è tenuto conto della detrazione fiscale, oggi possibile nella misura del 50% del costo, "spalmata" in 10 anni. 
Qualora si tenesse conto di tale detrazione fiscale il grafico del flusso di cassa si modifica come segue.


Per concludere, sembra opportuno sottolineare un ultimo elemento di ostacolo alla producibilità del fotovoltaico e alla diffusione di piccoli impianti fotovoltaici con potenza nominale di 3 ÷ 4 kW, soprattutto nei piccoli e grandi condomini cittadini. Con le tecnologie più recenti, questi piccoli impianti fotovoltaici necessitano di superfici modeste per la loro installazione: ad es. per esempio. 15÷20 m2 e si prestano molto bene a fungere da coperture (o schermi) per balconi e terrazzi in sostituzione delle tende da sole esistenti e già installate, spesso assolutamente necessarie sia nelle calde stagioni estive che nelle piovose stagioni primaverili/autunnali, nonché come in quelli invernali. Insomma, l'impianto fotovoltaico può allo stesso tempo sostituirsi alle tende da esterno, o convivere con esse, soprattutto nelle case condominiali; ma ciò è ostacolato da regolamenti sia condominiali che comunali (o regionali) che vietano di alterare la “facies” esterna di un edificio condominiale. È convinzione di molti che la rimozione dei vincoli imposti da analoghe normative potrebbe favorire fortemente la diffusione di piccoli impianti, fino ad oggi di fatto vietati per le ragioni sopra esposte.

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