di Jerzy Rudnicki, Senior Product Manager – Risen Energy
Per affrontare la questione che solitamente si pone nella scelta dei componenti di un impianto fotovoltaico, ovvero la tipologia di moduli fotovoltaici, la loro taglia e potenza, vale la pena prestare attenzione ad argomenti non sempre visibili a prima vista, e su cui l’installatore non sarà sempre in grado di informare il cliente prima che questi prenda una decisione. Stiamo parlando sia di un impianto in autoconsumo montato sul tetto, che di uno commerciale più ampio o addirittura di grandi dimensioni montato a terra.
La questione dell’importanza delle dimensioni dei moduli nelle installazioni residenziali è già stata discussa più volte e, naturalmente, rappresenta un fattore fondamentale, ma non sempre un pannello più grande produrrà più energia. Così come, anche un piccolo modulo in grandi installazioni non rappresenterà una soluzione ottimale. Al contrario componenti correttamente selezionati creeranno una sorta di sinergia.
Cosa influisce sull’efficienza di un impianto fotovoltaico?
All’inizio, vale la pena considerare da cosa dipende la produzione di energia, e qui sono importanti alcune questioni chiave. In primo luogo, sono importanti i fattori esterni, non correlati ai moduli, ovvero le condizioni meteorologiche, il posizionamento e il collegamento dei pannelli, l’ombreggiamento, lo sporco, l’efficienza e l’affidabilità dell’inverter e la sua corretta combinazione con i pannelli.
Il secondo problema sono i parametri dei moduli stessi. Si tratta di 4 criteri, i cui valori possono essere facilmente reperiti nelle schede di catalogo disponibili. Il primo è l’efficienza del modulo. Questa è fondamentale poiché influisce direttamente sulla produzione annuale di energia. Pertanto, confrontando due moduli di dimensioni simili, per ora mi farei guidare dall’efficienza.
Il secondo parametro (solo nel caso di moduli bifacciali) è l’efficienza del retro, cioè il fattore bifacciale. Definisce la percentuale di efficienza della parte posteriore del modulo rispetto alla parte anteriore. Naturalmente, questo parametro sarà rilevante in pratica solo per le installazioni a terra.
Il terzo è il coefficiente di temperatura del modulo. Le celle fotovoltaiche si riscaldano durante il funzionamento al sole, il che purtroppo riduce temporaneamente la loro efficienza. Il grado di questa riduzione è determinato dal coefficiente di potenza della temperatura. Più basso è il valore assoluto di questo coefficiente, migliore sarà il comportamento della nostra installazione in pieno sole.
L’ultima caratteristica è la perdita di efficienza dei nostri moduli nel tempo, cioè il degrado (primo anno e media annua – dal secondo anno di utilizzo). Altri parametri dei pannelli (come il comportamento in condizioni di scarsa luminosità o problemi legati alla trasmissione della luce alle celle attraverso il vetro e altri strati) non sono determinati da un unico valore e quindi non sono facili da confrontare. Fortunatamente, non influiscono in modo significativo sulle prestazioni della nostra installazione.
Perché non è consigliabile utilizzare moduli fotovoltaici ad alta potenza in installazioni residenziali?
Sappiamo già quale modulo può produrre più energia elettrica. Ma perché non utilizzare grandi moduli in piccoli impianti e viceversa?
Iniziamo con un’installazione su tetto residenziale. I moderni moduli per microinstallazioni sono di dimensioni relativamente ridotte e relativamente leggeri. Ad esempio, il modulo Risen RSM40-8-410M (410 W) pesa 21 kg e, se posizionato verticalmente a terra, è alto al massimo quanto il suo installatore (175 cm). Tali parametri faciliteranno l’installazione su tetti dalle forme limitate e spesso complicate (si pensi alle pendenze e all’ombreggiatura). Un modulo grande non solo sarà più difficile da spostare fino al tetto, ma avrà anche opzioni di montaggio limitate (ad esempio, opzioni di montaggio orizzontali limitate).
Un altro problema è la compatibilità con un altro elemento dell’impianto, ovvero l’inverter. I moduli di grandi dimensioni hanno spesso parametri di corrente aumentati, adattati agli inverter su scala utility. Il realtà tali pannelli fotovoltaici possono essere collegati a un piccolo inverter domestico e funzionerà nella maggior parte dei casi. Sfortunatamente, l’efficienza di tale installazione, specialmente nelle giornate di sole, sarà limitata e senza alcun ritorno per gli utenti.
Perché non utilizzare moduli fotovoltaici a bassa potenza per installazioni commerciali e su larga scala?
A parte il fatto che spesso i moduli delle piccole installazioni sono monofacciali – quindi, in pratica perderemmo il potenziale vantaggio del retro dei bifacciali – il loro utilizzo in grandi progetti aumenterebbe inutilmente i costi indirettamente legati ad essi. Stiamo parlando di cavi, lavori di sterro o persino strutture di supporto.
Quali sono queste spese extra?
Osservare la topologia di un tipico impianto fotovoltaico. Come sapete, i moduli fotovoltaici sono collegati in serie in stringhe e queste sono solitamente collegate direttamente all’inverter. Una struttura residenziale avrà una di queste stringhe, al massimo due. Una commerciale ne avrà molti. Per questo motivo, ottimizzandone i costi, si cercherà di progettare stringhe con il maggior numero possibile di moduli, in modo che, a parità di potenza totale dell’impianto, il numero delle prime sia il più basso possibile. Ogni stringa è collegata singolarmente all’inverter. Aumentando le sue dimensioni a scapito della sue quantità, otterrai un risparmio. La dimensione massima della stringa dipende dai parametri di tensione dei moduli stessi, dove il limite è la tensione massima consentita dell’inverter sul lato CC.
Facendo i calcoli, possiamo vedere che per realizzare un impianto ad esempio con una potenza di 4MW, utilizzando i moduli delle piccole installazioni precedentemente menzionati, RSM40-8-410M con una potenza di 410W, dovremmo costruire 295 stringhe con una dimensione massima (33 moduli per stringa). Utilizzando i moduli più diffusi con una potenza superiore di 550W e tecnologia delle celle M10 (182mm), ridurremo efficacemente il numero minimo di stringhe, raggiungendo anche i 4MW di potenza installata.
Un’ulteriore analisi mostra allo stesso modo il vantaggio dei moduli con celle G12 grandi (210 mm) rispetto alle M10 più piccole. Ebbene, i moduli con tecnologia G12, aventi la stessa potenza, ma una corrente più alta e una tensione più bassa, ridurranno nuovamente il numero necessario di stringhe.
L’ultimo elemento è aggiungere al confronto un modulo di tipo N ad alta efficienza con tecnologia ad eterogiunzione (HJT), ad esempio il modello RSM110-8-575-BHDG, G12 con una potenza di 575W. Qui otteniamo un numero di stringhe simile a quello del caso precedente, ma poiché siamo di fronte ad una notevole differenza di efficienza a favore dell’HJT, a parità di potenza di progetto, nel caso di moduli HJT occuperemo circa il 4,35% di terreno in meno. E, grazie a questo, risparmieremo su cavi, lavori di sterro e costruzione.
| RSM40-8-410 m | RSM144-9-550-BMDG | RSM110-8-550-BMDG | RSM110-8-575-BHDG | |
| Potenza modulo [W] | 410 | 550 | 550 | 575 |
| Tecnologie dei moduli fotovoltaici | G12 – PERC tri-cut | M10-PERC half-cut | G12 – PERC half-cut | G12-HJT half-cut |
| Superficie del modulo [m2 ] | 1.92 | 2.58 | 2.61 | 2.61 |
| Voltaggio Voc [V] | 41.9 | 49.8 | 38.32 | 41.36 |
| Corrente modulo Impp [A] | 11.76 | 13.04 | 17.22 | 16.6 |
| Efficienza del modulo [%] | 21,30% | 21,30% | 21% | 22% |
| Potenza fotovoltaica totale in moduli [MW] | 4 MW | |||
| Numero massimo di moduli in una stringa (Tmin = -5°C) | 33 | 27 | 35 | 33 |
| Potenza massima di una stringa di moduli [kW] | 13530 | 14850 | 19250 | 18975 |
| Numero minimo di stringhe | 295 | 269 | 207 | 210 |
| Numero totale di moduli | 9735 | 7263 | 7245 | 6930 |
| Riduzione della superficie edificata [%] | Riferimento | -4,35% |
In conclusione
In fase di progettazione di impianti fv, nella scelta dei moduli fotovoltaici, oltre a questioni più tangibili ed ovvie, come l’estetica o le dimensioni, occorre prestare attenzione a questioni legate ai parametri tecnici dei moduli (come efficienza, doppia faccia, coefficiente di temperatura, degrado) e alle condizioni specifiche di una determinata installazione che possono influenzare la selezione del prodotto chiave dell’impianto. Prima, però, la scelta deve essere ristretta ai moduli destinati al segmento di installazione appropriato in una data situazione (piccoli impianti, impianti commerciali, su grande scala). In caso di dubbi, sarà utile il consiglio del progettista, del produttore o del distributore locale dell’apparecchiatura. Grazie a questo, saremo sicuri che i nostri componenti principali lavoreranno insieme massimizzando il nostro potenziale profitto.