Moduli fotovoltaici: Guida alla progettazione di un Impianto Fotovoltaico pt. 4

Quando si decide di installare un impianto fotovoltaico, è necessario effettuare delle scelte progettuali per massimizzare la produzione di energia sulla superficie disponibile. Dopo il sopralluogo e l’identificazione dell’orientamento del sito e della superficie disponibile, la prima decisione riguarda il tipo di pannelli solari da installare.

I pannelli fotovoltaici rappresentano una tecnologia fondamentale nel campo dell’energia sostenibile e rinnovabile. Questi dispositivi sono progettati per trasformare direttamente la luce solare in elettricità utilizzabile, sfruttando l’effetto fotovoltaico. Dall’introduzione nei satelliti spaziali negli anni ’50, i pannelli fotovoltaici hanno subito un’evoluzione rapida diventando una fonte primaria di energia pulita a livello globale. Oggi, sono ampiamente utilizzati sia nelle residenze che nei contesti commerciali, contribuendo significativamente alla riduzione delle emissioni di gas serra e alla transizione verso un’economia basata su fonti energetiche rinnovabili.

Il software Blumatica Impianti Solari non solo consente di progettare qualsiasi tipo di impianto fotovoltaico, ma offre anche un archivio di base aggiornato costantemente e assicura un dimensionamento corretto in base al tipo di pannello scelto. Inoltre, permette di progettare pannelli sia con strutture fisse che ad inseguimento a uno o due assi.

L’effetto fotovoltaico: la teoria alla base del modulo fotovoltaico

L’effetto fotovoltaico è un fenomeno fisico che consente la produzione di energia elettrica utilizzando l’energia solare, senza bisogno di combustibili. Questo processo è fondamentale per il funzionamento di qualsiasi pannello o impianto fotovoltaico; permettendo così di sfruttare una fonte energetica sostenibile per alimentare case o industrie.

L’elemento principale del generatore è costituito dalla cella fotovoltaica, dove avviene la conversione della luce solare in energia elettrica. La cella è fatta da un sottile strato di materiale semiconduttore, solitamente silicio trattato, con uno spessore di circa 0,3 mm e una superficie che varia tra i 100 e i 225 cm².

Il silicio, che ha quattro elettroni di valenza, viene drogato aggiungendo atomi trivalenti (es. boro, che determina un drogaggio di tipo P) su un lato e atomi pentavalenti (es. fosforo, che determina un drogaggio di tipo N) sull’altro. La regione tipo P presenta un eccesso di lacune (cariche positive), mentre la regione tipo N ha un eccesso di elettroni (cariche negative).

Nella regione di giunzione P-N, dove si incontrano due strati drogati diversamente, gli elettroni migrano dalla zona con alta densità di elettroni (N) alla zona con bassa densità di elettroni (P), generando un accumulo di carica negativa nella regione P.

Allo stesso modo, le lacune si muovono dalla regione P alla regione N, causando un accumulo di carica positiva nella regione N.

Si crea quindi un campo elettrico interno alla giunzione, che ostacola la diffusione di cariche elettriche. Quando la cella viene illuminata, l’effetto fotovoltaico genera coppie elettrone-lacuna sia nella zona N che nella zona P. Il campo elettrico interno separa gli elettroni in eccesso, che sono prodotti dall’assorbimento dei fotoni, dalle lacune, spingendoli in direzioni opposte.

Gli elettroni, una volta superata la zona di svuotamento, non possono tornare indietro, poiché il campo elettrico impedisce loro di invertire la direzione. Collegando la giunzione a un conduttore esterno, si ottiene un circuito chiuso in cui la corrente scorre dallo strato P, a potenziale maggiore, allo strato N, a potenziale minore, finché la cella è esposta alla luce.

La parte di silicio che fornisce corrente è quella vicina alla giunzione P-N; nelle zone più lontane si formano cariche elettriche, ma mancando il campo elettrico che le mette in movimento, si ricombinano. Per questo è importante che la cella fotovoltaica abbia una grande superficie: più ampia è la superficie, maggiore sarà la corrente generata.

Tipologie di moduli fotovoltaici e principali differenze

I pannelli fotovoltaici possono essere suddivisi in diverse tipologie in base alla tecnologia utilizzata per la loro costruzione. Le principali tipologie di moduli fotovoltaici utilizzati si dividono in due categorie: al silicio cristallino ed al film sottile.

Moduli in silicio cristallino

I pannelli in silicio cristallino sono attualmente i più diffusi negli impianti fotovoltaici e si dividono in tre tipologie principali:

• Modulo monocristallino
• Modulo policristallino
• Modulo quasi – monocristallino

Modulo monocristallino

Per la produzione dei pannelli fotovoltaici monocristallini, il silicio viene sottoposto a un processo di riscaldamento fino a 3000°C in un forno, ottenendo così il silicio liquido, che viene poi purificato chimicamente. Il silicio purificato viene solidificato in lingotti, successivamente tagliati in sottili strisce chiamate wafer. I lingotti di silicio monocristallino hanno una forma cilindrica con un diametro di 13-20 cm e una lunghezza di 200 cm, ottenuti tramite la crescita lenta di un cristallo filiforme in rotazione. Successivamente, questi cilindri vengono tagliati in wafer dello spessore di 200-250 μm, la cui superficie superiore è trattata con microsolchi per ridurre le perdite dovute alla riflessione.

Il principale vantaggio di queste celle è l’alta efficienza (13-17%, mentre 20-25% per i moduli ad alte prestazioni), unita a una lunga durata e al mantenimento delle prestazioni nel tempo. I pannelli prodotti con questa tecnologia presentano solitamente una colorazione blu scuro omogenea, dovuta al rivestimento antiriflettente in ossido di titanio che facilita l’assorbimento della radiazione solare.

Modulo policristallino

I cristalli che formano le celle si uniscono con forme e orientamenti diversi. Le iridescenze tipiche delle celle in silicio policristallino derivano proprio dal differente orientamento dei cristalli e dal conseguente comportamento variegato nei confronti della luce. Il lingotto di silicio policristallino viene prodotto tramite un processo di fusione e colato in un contenitore a forma di parallelepipedo. I wafer ottenuti sono di forma squadrata e presentano caratteristiche striature con uno spessore di 180-300 μm. L’efficienza di questi moduli è inferiore a quella dei monocristallini (11-15%, mentre 18-20% per i moduli ad alte prestazioni). Tuttavia, offrono una lunga durata e mantengono buone prestazioni nel tempo, conservando l’85% del rendimento iniziale dopo 20 anni. Le celle realizzate con questa tecnologia sono facilmente riconoscibili dall’aspetto superficiale, in cui sono visibili i grani cristallini.

Modulo quasi-monocristallino

Questo tipo di modulo presenta una struttura intermedia tra il monocristallino e il policristallino. Il metodo per ottenere i lingotti è simile a quello usato per il policristallino: sul fondo del crogiuolo viene posizionato un cristallo di silicio monocristallino che funge da nucleo di condensazione per la formazione di cristalli di grandi dimensioni. Il raffreddamento del lingotto deve avvenire lentamente, consentendo ai cristalli di crescere senza frammentarsi, e deve procedere dal nucleo di silicio verso l’alto.

Si prevedono miglioramenti contenuti in termini di efficienza e una possibile riduzione dei costi grazie all’introduzione di wafer più grandi e sottili nei processi industriali e all’economia di scala. In particolare, la tecnica del “selective emitter” può incrementare l’efficienza fino allo 0,8%, aumentando la concentrazione dell’elemento drogante (fosforo) nella zona sottostante ai contatti metallici per diminuire la resistenza in quell’area, senza aumentare le dimensioni del contatto metallico. Questa tecnica permette di ridurre la resistenza dei contatti sopra la cella senza diminuire la superficie di captazione della radiazione solare, mantenendo quindi la resa ottica.

Moduli in film sottile

Le celle a film sottile sono composte da un materiale semiconduttore che viene generalmente depositato tramite una miscela gassosa su substrati come vetro, polimeri o alluminio, fornendo così stabilità fisica alla combinazione. Lo strato di semiconduttore è spesso solo pochi micrometri, a differenza delle celle in silicio cristallino che hanno uno spessore di centinaia di micrometri. Di conseguenza, il risparmio di materiale è significativo e l’uso di supporti flessibili amplia notevolmente le possibilità di applicazione delle celle a film sottile. I principali materiali utilizzati sono:

• Silicio amorfo (a-Si);
• Telluluro di cadmio (CdTe);
• Leghe a base di diseleniuro di indio e rame (CIS, CIGS, CIGSS);
• Arseniuro di gallio (GaAs).

Il silicio amorfo depositato in film su un supporto, come l’alluminio, offre la possibilità di ottenere pannelli fotovoltaici a costi inferiori rispetto al silicio cristallino. Tuttavia, le celle in silicio amorfo tendono a deteriorarsi nel tempo. Questo tipo di silicio può anche essere applicato tramite spruzzatura su fogli sottili di materiale plastico o flessibile.

Viene utilizzato principalmente quando è necessario ridurre al minimo il peso del modulo e adattarsi a superfici curve. L’efficienza di queste celle è piuttosto bassa (7-8%, mentre i moduli ad alte prestazioni raggiungono il 10-11%) a causa delle molteplici resistenze che gli elettroni devono superare durante il loro flusso.

Una delle applicazioni interessanti di questa tecnologia è la configurazione tandem (celle in silicio micromorfo), che combina uno strato di silicio amorfo con uno o più strati di silicio cristallino in una struttura a multigiunzione. Grazie alla separazione dello spettro solare, ogni giunzione lavora in modo ottimale, garantendo un’efficienza superiore e una maggiore durata nel tempo.

Nella produzione su larga scala dei moduli in tellururo di cadmio si pone un problema ambientale legato al CdTe contenuto nelle celle. Questo composto, essendo insolubile in acqua e più stabile rispetto ad altri composti a base di cadmio, può rappresentare un rischio se non viene riciclato o smaltito correttamente.

Le celle in CdTe offrono un’efficienza maggiore rispetto a quelle in silicio amorfo, con valori che vanno dal 12,4% al 13,4%, e dal 12,7% al 14,2% per i moduli ad alte prestazioni.

I moduli CIS/CIGS/CIGSS, utilizzano speciali leghe come rame, indio e selenio (CIS), rame, indio, gallio e selenio (CIGS), e rame, indio, gallio, selenio e zolfo (CIGSS) come sostituti del silicio. Questi moduli raggiungono un’efficienza del 13,6-14,6% (15% per i moduli ad alte prestazioni) e le loro prestazioni rimangono stabili nel tempo.

La tecnologia basata sull’arseniuro di gallio è attualmente la più promettente in termini di efficienza, raggiungendo valori superiori al 25-33%. Tuttavia, la produzione di queste celle è limitata dai costi elevati e dalla scarsa disponibilità del materiale, impiegato principalmente nell’industria dei semiconduttori ad alta velocità di commutazione e nell’optoelettronica. Di conseguenza, la tecnologia GaAs è utilizzata soprattutto in applicazioni spaziali, dove il peso e le dimensioni ridotte sono fondamentali.

Vantaggi e svantaggi delle principali tipologie di moduli fotovoltaici

La principale differenza tra questi tipi di moduli fotovoltaici è l’efficienza. L’efficienza, tuttavia, non è un indicatore della qualità dei pannelli, ma piuttosto un rapporto tra la produzione di energia e la superficie occupata.

Un’efficienza inferiore non implica una minore qualità dei pannelli, ma semplicemente una maggiore superficie necessaria per produrre 1 kWh di elettricità.

Quindi, ciò che distingue un modulo a film sottile da uno in silicio monocristallino è la superficie richiesta per generare ogni kWh di elettricità, a parità di irraggiamento, temperatura e altre condizioni operative. La differenza sta quindi nell’efficienza produttiva e non nella qualità della produzione.

Il modulo monocristallino ha l’efficienza più alta e richiede circa 6 metri quadrati per produrre 1 kW di potenza di picco.

I pannelli policristallini, creati utilizzando scarti della lavorazione dei monocristallini, hanno un costo leggermente inferiore e un’efficienza inferiore.

I pannelli a film sottile sono costruiti unendo diversi strati molto sottili di silicio. I moduli in silicio amorfo non hanno prezzi molto elevati, ma sono poco diffusi sul mercato e richiedono grandi superfici a causa della loro bassa efficienza.

Sebbene la maggior parte dei pannelli commerciali abbia efficienze ridotte, i ricercatori hanno sviluppato celle fotovoltaiche con efficienze promettenti, come le celle fotovoltaiche a giunzione multipla in arseniuro di gallio (GaAs).

Di seguito sono definiti i principali vantaggi e svantaggi delle diverse tipologie di moduli fotovoltaici. I valori numerici sono riferiti in condizioni standard (STC), ossia, temperatura di 25 °C e irraggiamento di 1000 W/m²:

Caratteristiche tecniche dei moduli fotovoltaici

Nella scelta del modulo fotovoltaico ideale per un impianto, è cruciale considerare le sue caratteristiche tecniche. Vediamo di analizzarle in dettaglio, fornendo una rappresentazione elettrica equivalente:

Il modello elettrico equivalente di una cella solare consiste in un generatore di corrente, che simboleggia la cella solare sotto illuminazione, collegato in antiparallelo a un diodo, che rappresenta la cella solare in assenza di luce.

Il pannello fotovoltaico può essere paragonato a un generatore ideale di corrente, dove:

• La tensione ai capi del pannello (V) si stabilizza su valori approssimativamente nominali appena c’è presenza di luce solare, ed è molto influenzata dalla temperatura.
• La quantità di corrente erogata (I) è direttamente proporzionale all’irraggiamento solare ricevuto ed è leggermente influenzata dalla temperatura.

Le performance di una cella fotovoltaica sono influenzate da tre fattori: l’intensità della radiazione solare, la temperatura e l’area della cella. I parametri fisici cruciali sono la tensione, la corrente e l’irradianza. La potenza massima generata dal dispositivo è determinata dal prodotto della tensione e della corrente (P = V * I).

Analizziamo le variabili che influenzano la tensione e la correte della cella fotovoltaica:

• Irradianza: La tensione a vuoto non è influenzata dall’irradianza, mentre la corrente di corto circuito varia proporzionalmente con l’intensità dell’irraggiamento.

• Temperatura: La temperatura non ha un impatto significativo sulla corrente di corto circuito. C’è, però, una proporzionalità inversa tra temperatura e tensione a vuoto della cella: all’aumentare della temperatura, la tensione diminuisce.

• Area: L’area della cella non incide sulla tensione, ma esiste una proporzionalità tra area e corrente disponibile.

La corrente è massima in condizioni di corto circuito (Isc), mentre in condizioni di circuito aperto la tensione (Voc) è massima. In entrambe queste condizioni, la potenza è zero poiché uno dei fattori è zero. Invece, in altri punti, la potenza aumenta con la tensione fino a raggiungere un massimo, per poi diminuire drasticamente quando si raggiunge la Voc.

L’analisi della curva caratteristica I-V fornisce informazioni sul calo delle prestazioni del pannello nel tempo rispetto alle specifiche dichiarate dal costruttore nella scheda tecnica.

Parametri caratteristici principali del modulo fotovoltaico

Di seguito vengono descritti i principali parametri di un modulo fotovoltaico, tenendo presente che tutte le specifiche elettriche di un pannello si riferiscono alle condizioni di prova STC (Standard Test Conditions), ovvero un’irradiazione solare di 1000 W/m² e una temperatura delle celle di 25°C. Comprendere il significato di questi parametri è utile per interpretare correttamente una scheda tecnica di un modulo fotovoltaico:

• Potenza di picco massima erogata (Wp): Potenza elettrica misurata alle condizioni di STC
• Tensione alla massima potenza – Vmp (V): Rappresenta la tensione ai terminali di un modulo fotovoltaico quando opera nel punto di massima potenza (Maximum Power Point, MPP). Questo punto corrisponde alla condizione ottimale di funzionamento del modulo, in cui il prodotto della corrente (I) e della tensione (V) raggiunge il valore massimo possibile.
• Efficienza del modulo (%): La capacità di un pannello fotovoltaico di convertire l’energia solare in energia elettrica per unità di superficie. Questa efficienza è massima alle condizioni STC.

Rendimento % = (Potenza / Superficie / 1000) * 100

Ad esempio, se il rendimento di picco del pannello è del 19%, significa che con un irraggiamento di 1000 W/m² e temperatura di 25°C, il pannello convertirà il 19% della radiazione solare in energia elettrica. Le dimensioni e la potenza di picco possono essere trovate nelle schede tecniche o sulle etichette dei pannelli.

• Tensione in circuito aperto – Voc (V): Massima tensione elettrica che un dispositivo fotovoltaico può produrre quando non è collegato a nessun carico esterno o circuito, quindi quando non scorre corrente attraverso di esso.
• Corrente alla massima potenza – Imp (A): Corrente elettrica che un modulo fotovoltaico eroga quando opera al punto di massima potenza (Maximum Power Point, MPP). Questo punto indica il punto ottimale di operatività del modulo, dove il prodotto tra la corrente (I) e la tensione (V) raggiunge il valore massimo possibile.
• Corrente di corto circuito – Isc (A): Massima corrente elettrica che un dispositivo fotovoltaico può generare quando i suoi terminali sono direttamente collegati tra loro, creando un circuito con resistenza praticamente nulla.
• Coefficiente di temperatura della corrente di corto circuito – Kisc (%/°C): Variazione della corrente di corto circuito in risposta alle variazioni della temperatura operativa della cella fotovoltaica. È un valore positivo che permette di calcolare la Isc alle temperature reali di lavoro della cella.
• Coefficiente di temperatura a circuito aperto – Kvoc (%/°C): Modifica della corrente di corto circuito in risposta alle variazioni della temperatura operativa della cella fotovoltaica. È un valore negativo che permette di calcolare la Voc alle temperature reali di lavoro della cella.
• Coefficiente di temperatura della tensione alla massima potenza – Kvmp (%/°C): Variazione della tensione alla massima potenza al variare della temperatura di lavoro della cella fotovoltaica. È un valore negativo che permette di calcolare la Vmp alle temperature reali di lavoro della cella.
• Tensione massima di sistema supportata dal modulo (V): Valore di tensione massima supportata dal modulo.
• NOCT – Temperatura nominale di lavoro di una cella fotovoltaica (°C): Il NOCT rappresenta la temperatura media stabile di una cella fotovoltaica all’interno di un modulo, sotto condizioni specifiche di irraggiamento solare di 800 W/m², temperatura ambiente di 20 °C, velocità del vento di 1 m/s e funzionamento senza carico.

Queste specifiche sono essenziali per assicurare una corretta compatibilità tra i moduli fotovoltaici e l’inverter. Per verificare il giusto dimensionamento tra il modulo scelto e l’inverter selezionato, è necessario eseguire le seguenti verifiche elettriche di compatibilità:

• La minima tensione Vmp di stringa alla massima temperatura non deve essere inferiore alla minima tensione dell’MPPT dell’inverter

Vmp,min(Tmax)=Vmp(STC)+[Kvmp*(Tmax-25°C)] ≥ Vmppt,min

• La massima tensione Vmp di stringa alla minima temperatura deve essere minore della massima tensione dell’MPPT dell’inverter

Vmp,max(Tmin)=Vmp(STC)+[Kvmp*(Tmin-25°C)] ≥ Vmppt,max

• La massima tensione a vuoto Voc del generatore deve essere inferiore alla massima tensione tollerata dall’inverter

Voc,max(Tmin)=Voc(STC)+[Kvoc*(Tmin-25°C)] ≥ Voc,max,inverter

• La corrente massima Isc della stringa non deve superare la massima corrente di ingresso dell’inverter

Isc,max(Tmin)=Isc(STC)+[Kisc*(Tmax-25°C)] ≥ Isc,max,inverter

• Il dimensionamento in potenza deve essere compreso tra il 70% ed il 120%

Ovviamente, per eseguire correttamente le verifiche è necessario considerare il collegamento dei moduli fotovoltaici in serie e/o in parallelo. Escludendo le applicazioni che utilizzano un solo modulo, generalmente è necessario collegare più moduli in serie e/o in parallelo per raggiungere la potenza desiderata.

Il numero di moduli collegati in serie determina la tensione del sistema fotovoltaico collegato alla rete, che corrisponde alla tensione di ingresso sull’inverter. Per i moduli collegati in serie, la tensione si somma mentre la corrente resta invariata.

Collegando più moduli in parallelo, invece, si aumenta (sommando) la corrente di corto circuito in uscita ai terminali del sistema fotovoltaico e la tensione resta invariata.

Strutture fisse e ad inseguimento

Un peso notevole nella progettazione di un impianto fotovoltaico ce l’hanno anche le strutture su cui posizionare i moduli.

Per la realizzazione di un impianto si possono utilizzare strutture con moduli fissi o ad inseguimento.

La differenza principale risiede nel fatto che i moduli ad inseguimento sono in grado di seguire il movimento del sole durante la giornata, mantenendo sempre la loro superficie orientata verso il sole con un angolo ottimale per la massima efficienza. Questo movimento è possibile grazie ai supporti mobili su cui sono montati, azionati da un motore controllato da una centralina con sensori per la luce solare, detti inseguitori solari. Al contrario, i pannelli fissi rimangono statici e la loro efficienza varia significativamente a seconda dell’ora del giorno.

Inseguitore solare

L’inseguitore solare è un meccanismo automatizzato che allinea il pannello fotovoltaico nella direzione del sole seguendo i suoi raggi. Questo dispositivo, noto anche come tracker solare, consente ai pannelli fotovoltaici di orientarsi verso il sole per mantenere un angolo di incidenza ideale di circa 90°, massimizzando così la resa energetica.

Con l’utilizzo di questi dispositivi di inseguimento solare, è fattibile incrementare la produzione di energia elettrica del 35% – 40% in confronto ai pannelli solari statici. Un primo aspetto da considerare è l’orientamento dei pannelli solari; non solo è preferibile posizionarli verso sud o sud-ovest/sud-est, ma anche predisporre uno spazio adeguato che permetta all’impianto di orientarsi correttamente verso i raggi solari. Un altro aspetto fondamentale per massimizzare le prestazioni dell’inseguitore solare è l’orientamento dei pannelli rispetto alla posizione del sole. In effetti, quando si raggiunge un angolo di 90 gradi ottimale tra questi elementi, si migliora l’efficienza di conversione e si riduce la superficie richiesta per il pannello solare per generare la stessa quantità di energia.

La scelta del sistema di inseguimento solare più adatto dipende da vari fattori, tra cui:

• Dimensione e caratteristiche della struttura e del sito di installazione
• Latitudine, condizioni meteorologiche e climatiche locali

Esiste un’altra categorizzazione degli inseguitori solari basata sul tipo di sistema utilizzato per muoversi e orientarsi verso il sole. Questa distinzione riguarda gli inseguitori solari attivi e quelli passivi.

Gli attivi sono dotati di motori elettrici che consentono lo spostamento lento dei pannelli fotovoltaici e consumano energia. Gli inseguitori solari attivi si dividono in analogici e digitali, a seconda del tipo di sistema elettronico che controlla il loro orientamento.

• Inseguitori solari analogici: Il movimento è attivato da sensori che individuano la posizione ottimale per massimizzare l’assorbimento delle radiazioni solari. Il principale beneficio di tali sistemi è la precisione nel tracciamento dei raggi solari.
• Inseguitori solari digitali: sono azionati da un microprocessore che memorizza i dati sul posizionamento del sole, orientando i pannelli nella direzione con maggiore luce. Questo sistema permette di rintracciare i raggi solari anche in giornate con poca luce.

Gli inseguitori passivi, invece, utilizzano fenomeni fisici autonomi, come la dilatazione termica di un gas fluido compresso che, riscaldato dal sole, genera una pressione idraulica che permette il movimento della struttura dei pannelli solari.

I pannelli solari ad inseguimento sono dispositivi costituiti da diversi moduli fotovoltaici e si dividono in due tipologie: monoassiali e biassiali, in base al numero di assi, alla metodologia meccanica di orientamento e al comando elettronico.

Inseguitori Monoassiali

Hanno un singolo asse di rotazione orizzontale o verticale, seguendo il sole lungo un solo asse (est-ovest o nord-sud). Questi dispositivi offrono un miglioramento delle prestazioni rispetto ai sistemi fissi, seguendo il percorso del sole durante il giorno, e sono particolarmente efficaci in regioni con variazioni significative di luce solare durante la giornata.

Tuttavia, richiedono un meccanismo di rotazione più complesso e quindi comportano costi di installazione e manutenzione maggiori.

Inseguitori Biassiali

Sono più sofisticati e flessibili, con due assi di rotazione che permettono di seguire il sole sia lungo l’asse est-ovest che nord-sud. Questa doppia rotazione massimizza la cattura di luce solare, seguendo il sole in ogni direzione durante la giornata e l’anno.

Questi sistemi sono ideali per regioni con condizioni climatiche variabili e per installazioni che mirano a massimizzare l’efficienza energetica.

In ogni caso, gli inseguitori a due assi sono anche i più sofisticati e costosi da installare, necessitando di una manutenzione più attenta rispetto agli inseguitori a un solo asse.

Sistemi mobili e fissi est-ovest

Questi sistemi possono essere sia fissi che mobili e sono caratterizzati da un doppio orientamento. Composti da due moduli (o più file accoppiate) montati su strutture orientate est-ovest, offrono il vantaggio energetico di distribuire la produzione di energia durante tutte le ore di luce, evitando di concentrare la produzione in un determinato momento della giornata. Tuttavia, la produzione annuale sarà leggermente inferiore e sarà necessario prestare particolare attenzione ai cablaggi e ai collegamenti con gli inverter rispetto a un impianto orientato verso sud.

A differenza delle strutture tradizionali orientate a sud, queste configurazioni non presentano un picco di produzione alle 12, ma offrono una produzione più uniforme, migliorando l’erogazione di energia nelle prime ore del mattino e nel tardo pomeriggio, coprendo meglio i consumi elettrici dell’utente.

In questa configurazione, il 50% dei moduli sarà orientato a est e l’altro 50% a ovest. Poiché hanno azimut differenti, possono essere collegati allo stesso MPPT solo se si modificano i parametri di tolleranza o si utilizzano ottimizzatori; altrimenti, i moduli dovranno essere collegati a MPPT diversi o addirittura a inverter separati.

La configurazione est-ovest produce elettricità in modo più stabile e uniforme durante l’intera giornata, rendendola un’installazione particolarmente vantaggiosa. Non solo l’energia viene immessa in rete in maniera più costante durante le ore di picco, ma favorisce anche l’autoconsumo nelle ultime ore del giorno, quando gli utenti sono spesso a casa.

Inoltre, le installazioni orientate est-ovest riducono più facilmente l’ombreggiamento tra le file dei pannelli rispetto agli impianti rivolti a sud, che spesso causano ombreggiamenti dalle file anteriori a quelle posteriori. La disposizione più compatta dei pannelli nei progetti est-ovest aumenta la densità di produzione di energia per metro quadrato. Questo è particolarmente vantaggioso sui tetti piccoli, dove questa configurazione può consentire fino al 30% in più di densità per metro quadrato.

Un ulteriore vantaggio dell’orientamento est-ovest è la maggiore resistenza al vento. Con un’inclinazione di 15º, la pressione del vento si riduce significativamente rispetto alle installazioni orientate a sud, che sono anche più vulnerabili ai venti provenienti da nord. Grazie a questa minore esposizione al vento, le installazioni est-ovest richiedono meno controbilanciamenti per mantenere i moduli stabili sul tetto. Questo permette di installare sistemi est-ovest su tetti meno robusti o dove sono necessarie strutture non convenzionali.

Infine, gli impianti est-ovest riducono il rischio di sovraccarico dell’inverter, poiché i pannelli generano una quantità di energia più uniforme durante tutto il giorno.

Come progettare i moduli o le strutture di moduli con Blumatica Impianti Solari

Blumatica Impianti Solari consente di progettare qualsiasi tipologia di impianto.

Grazie ad una serie di wizard il progettista risulta guidato nella progettazione e dimensionamento secondo le norme UNI e CEI di tutti gli elementi dell’impianto fotovoltaico: moduli fotovoltaici (fissi o ad inseguimento), inverter (standard o con ottimizzatori), sistema di accumulo, composizione dei quadri, cavi e dispositivi di protezione. In particolare, è possibile progettare impianti monofase e trifase in bassa e media tensione.

In base al tipo di allaccio da progettare, si può selezionare il tipo di posizionamento dei moduli rispetto al campo ed il tipo di struttura.

In particolare, dopo aver definito la tipologia di impianto (fisso o ad inseguimento) e l’azimut e l’inclinazione del modulo, il software consente di tener conto di una serie di parametri durante la progettazione dei moduli:

• Criterio di progettazione: È possibile scegliere tra potenza massima, energia richiesta o il numero massimo di moduli installabili.
• Disposizione dei moduli: Include l’orientamento e l’offset rispetto al campo.
• Distanze: Una serie di comandi permette di definire le distanze dei moduli “tra file parallele”, “tra moduli della fila” e “dal bordo”. In particolare, è possibile scegliere se editare manualmente tali valori, oppure lasciarli calcolare automaticamente al software in funzione dell’inclinazione dei moduli, del campo solare, della tipologia di impianto, ecc.;
• Strutture: il software consente di tener conto anche delle strutture di sostegno dei moduli, in modo da tener conto di un possibile accoppiamento degli stessi.

Grazie a queste informazioni, dovrebbe risultare più semplice selezionare il tipo di modulo e individuare i dati necessari all’interno della scheda tecnica dei moduli per una corretta progettazione di un impianto fotovoltaico.

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