Progettare un impianto fotovoltaico, ecco consigli e metodi di ottimizzazione

Nell’ambito della produzione di energia elettrica mediante la conversione fotovoltaica della radiazione solare, sono diversi i fattori dei quali bisogna tener conto in sede di progettazione e di montaggio, che consentono di ottimizzare la captazione della radiazione solare e incrementare la vita e l’efficienza generale dell’impianto. Quando non si hanno problemi di disponibilità di superficie, massimizzare le entrate economiche equivale a massimizzare la resa produttiva in termini di energia elettrica per kWp installato. Se la superficie a disposizione è ridotta, entra in gioco l’efficienza dei moduli, a titolo informativo essa varia dal 6% al 19% a seconda dei moduli scelti. In generale si possono distinguere due diversi tipi di interventi, alcuni “a monte” dell’installazione, ovvero in fase di progettazione, ed altri “a valle”, ovvero una volta che l’impianto è in funzione.



Vediamo dunque quali sono gli aspetti da considerare in fase di progettazione dell’impianto per ottimizzarne la producibilità (espressa in kWh). In primo luogo è necessario disporre dei dati relativi alla radiazione solare, che sono forniti telematicamente dall’atlante europeo PVGIS, e possono essere prodotti in funzione dell’angolazione rispetto al sud (Azimuth) e all’inclinazione dei moduli. Questi dati sono strategici perché se rilevati correttamente, anche la valutazione tecnico-economica coinciderà il più possibile con la produzione reale una volta entrato in funzione l’impianto; altrimenti si corre il rischio, con stime troppo ottimistiche di non ottenere il rientro nell’investimento nei tempi previsti, e con stime in difetto si corre il rischio opposto, ovvero che la valutazione dell’investimento non appaia conveniente per il cliente o per gli istituti di credito che potrebbero essere interessati ad elargire un finanziamento per la copertura dell’investimento.

Dal punto di vista progettuale inoltre, è estremamente rilevante l’influenza che ha l’ambiente sulla producibilità del generatore fotovoltaico. L’orientamento della superficie sulla quale vengono installati i moduli fotovoltaici è bene che sia il più possibile prossimo al sud (Azimuth 0°), così da poter captare al massimo durante la giornata la luce del sole. Qualsiasi superficie di posa del generatore non prossima al sud, comporta o delle riduzioni della producibilità in energia elettrica dell’impianto, o delle complicazioni ulteriori dal punto di vista strutturale per la posa in opera dei moduli, nel caso si decida di orientarli comunque a sud. Ricordando che esistono tre componenti diverse della radiazione solare, diretta ovvero perpendicolare al piano dei moduli, diffusa che si propaga attraverso l’aria e riflessa, funzione delle caratteristiche ambientali; per ottimizzare la producibilità del sistema è opportuno scegliere un giusto angolo di inclinazione dei moduli stessi, per far si che la componente di radiazione incidente sul piano dei moduli, sia il più possibile quella diretta che è quella che ha maggiore intensità. Vi sono moduli, come quelli in silicio amorfo capaci di sfruttare molto bene anche la componente diffusa, a prezzo però di una minore efficienza. Ovviamente l’inclinazione dei moduli è funzione della latitudine del sito, in quanto man mano che ci spostiamo dall’emisfero nord verso l’equatore, il sole è sempre meno inclinato rispetto al piano dell’osservatore, e quindi l’angolo di inclinazione dei moduli deve essere diminuito ulteriormente. Per la provincia di Livorno, con moduli orientati perfettamente a sud l’inclinazione ottimale è pari a 33 gradi.



E’ un fattore ambientale fondamentale la presenza di corpi ombreggianti, siano essi alberi, colline, edifici, camini o quant’altro possa impedire in una determinata fascia oraria giornaliera alla radiazione solare di giungere al generatore. Le perdite di ombreggiamento influenzano non solo i singoli moduli ombreggiati, ma possono eventualmente “spegnere” anche l’intera stringa della quale fanno parte, limitando ancor più la produzione energetica complessiva. Per dimensionare l’impianto in maniera da prevenire questo genere di perdite, si effettuano rilievi fotografici delle ombre generate dai corpi presenti sul sito nell’arco dell’intera giornata, in modo tale da elaborare un diagramma delle ombre completo che tenga conto anche del moto del sole, e che consenta al progettista di avere un quadro completo delle possibili perdite per scegliere un ottimale alloggio dei moduli fotovoltaici.

Un ulteriore fattore ambientale di cui tener conto in sede di progettazione, è la temperatura.
L’impianto fotovoltaico subisce infatti delle perdite per effetto temperatura che non sono trascurabili, e che dipendono dalla meteorologia del sito e dalle caratteristiche dei moduli e del loro montaggio. Per ovviare alle perdite per effetto temperatura (che in provincia di Livorno si attestano circa al 9%) e consci del fatto che non è possibile ombreggiare un impianto solare, è bene scegliere siti o modalità di istallazione tali da garantire sempre una buona ventilazione in modo che il surriscaldamento dei componenti sia relativamente minore. Nel qual caso l’integrazione architettonica del sistema non consenta una adeguata ventilazione (si pensi ad una integrazione totale, con moduli al silicio mono o policristallino che sono i più sensibili all’effetto temperatura, completamente adiacenti alla falda senza intercapedini rilevanti), è opportuno rivedere le caratteristiche dei componenti dell’impianto e optare per moduli meno sensibili all’effetto temperatura per esempio in silicio amorfo anziché mono o policristallino.
Anche la ventilazione del locale di alloggio dell’Inverter o dell’inverter stesso (qualora sia istallato all’aperto) influisce sulle prestazioni dell’impianto. Un inverter che si surriscalda tende ad essere meno efficiente e soprattutto tende a rompersi prima della vita media utile (mediamente 10 anni).
Gli Inverter disponibili sul mercato possono essere raffreddati attivamente, mediante delle ventole, o passivamente, per mezzo di dissipatori. Vi sono opinioni discordanti su quale sia il miglior modo di raffreddare un inverter, tuttavia si tenga presente che una ventola è molto efficace ma più delicata oltre che rumorosa di una aletta di metallo. In ambienti polverosi o dove il rumore è critico è preferibile usare una dissipazione passiva.
E’ sempre consigliabile comunque scegliere quegli inverter che vengano forniti con una garanzia più estesa possibile, verosimilmente nell’ordine dei 15 anni.



Nell’ambito delle attività suggerite in seguito all’entrata in esercizio dell’impianto fotovoltaico, tra le prime che il progettista e l’installatore dovrebbero consigliare all’attento e scrupoloso cliente, vi è quella del monitoraggio ad intervalli regolari della produzione di energia elettrica del proprio impianto, per riscontrare eventuali non conformità o disfunzioni e per confrontare i propri consumi con le quantità di energia autoprodotta e scambiata con la rete elettrica. E’ inoltre opportuno periodicamente effettuare ispezioni visive dei moduli, per riscontrare rotture o presenza di depositi e, se possibile almeno una volta l’anno, una pulizia delle superfici per eliminare eventuali residui come calcare da precipitazioni, foglie, salmastro polvere o escrementi di animali, tutti fattori che riducendo la superficie di captazione riducono la produzione di energia elettrica. Naturalmente sarà il responsabile stesso dell’impianto a stabilire in relazione alle condizioni ambientali e meteorologiche del sito, ogni quanto tempo e come effettuare questa pulizia. Vi sono delle Chek-list di controllo alle quali periodicamente il soggetto interessato alla manutenzione dovrebbe attenersi e che riguardano non solo probabili difetti che limitino la produzione ma anche possibili cedimenti strutturali. Questi interventi di controllo riguardano: generatore fotovoltaico, le strutture di sostegno (staffe e barre metalliche viti, dadi etc), quadri elettrici, rete di terra, convertitore statico e collegamenti elettrici.