Più sole, più energia solare. Se stai progettando il tuo impianto fotovoltaico sul tetto, informati sulle condizioni migliori per garantire che l’impianto non solo funzioni perfettamente, ma abbia anche un rendimento ottimale. Uno dei maggiori fattori di disturbo resta l’ombreggiamento dei moduli solari. Gli sviluppi smart del mercato solare stanno mettendo in secondo piano il problema dell’ombreggiamento. Questo post spiega perché oggi l’ombreggiamento parziale dei moduli solari ha un effetto trascurabile sul rendimento di un impianto fotovoltaico.
Sole splendente, cielo sgombro da nuvole e un impianto fotovoltaico sul tetto: le condizioni ideali per produrre la maggior quantità possibile di energia solare in casa. Tuttavia, pochissimi tetti sono completamente privi di ombra.
Gli alberi, i tralicci, le antenne delle case o gli edifici vicini spesso proiettano ombre sui moduli solari, causando (presumibilmente) una produzione e un rendimento inferiori. Un’analisi più approfondita mostra che l’ombreggiatura irregolare, in realtà, ha un effetto minimo sul rendimento totale dell’impianto fotovoltaico nel corso dell’anno. Piuttosto, sono decisivi il giusto inverter e la corretta progettazione dei moduli solari. È qui che entra in gioco il cosiddetto fattore FC:
Cos’è il fattore FC?
Il fattore FC (noto anche come fattore di perdita per ombreggiamento o fattore di superficie effettiva del modulo solare) indica l’influenza dell’ombreggiamento sulle prestazioni di un impianto fotovoltaico.
Il fattore FC (in inglese “Fill Correction Factor”) indica di quanto si riduce la resa effettiva di un modulo solare ombreggiato rispetto alla resa senza ombreggiamento. Il fattore FC viene calcolato tramite simulazioni con software o sulla base di valori empirici e tabelle di calcolo.
Il fattore di perdita per ombreggiamento viene utilizzato per le previsioni di rendimento e, in particolare, nella progettazione di impianti fotovoltaici complessi, al fine di calcolare valori realistici per la produzione di energia. Si tiene conto dell’orientamento e dell’inclinazione dei moduli solari, della loro configurazione e del tipo di ombreggiamento (ad esempio, irregolare, omogeneo, temporaneo).
Di solito è specificato come una percentuale o un valore adimensionale compreso tra 0 e 1.
FC = 1 → nessun ombreggiamento, piena potenza
FC < 1 → presenza di ombreggiamento, potenza ridotta
Ad esempio, se un modulo solare è parzialmente ombreggiato da un albero e può quindi fornire solo l’80% della sua potenza originale, il fattore FC è pari a 0,8. Tuttavia, è possibile rimediare a questo problema. Come? Te lo sveliamo nell’articolo: continua a leggere!
Sfatato un mito ostinato
“Se i moduli solari sono ombreggiati, ad esempio da foglie, l’intero impianto fotovoltaico non produce più energia o quasi. Come un tubo da giardino dal quale, indipendentemente da dove viene schiacciato, non esce acqua o ne esce pochissima.”
Questa convinzione è ancora diffusa, ma da tempo superata. Quindi: la soluzione a questo problema è già incorporata in ogni modulo solare, sotto forma di diodi di bypass.
Raggiungere l’obiettivo con i diodi di bypass
Oggi la maggior parte dei moduli solari moderni è dotata di diodi di bypass. Servono come ponti: se alcune aree di un modulo solare non sono in grado di fornire la massima potenza, ad esempio a causa di ombreggiamento o sporcizia, i diodi di bypass assicurano che la corrente bypassi le stringhe di celle interessate.
Come funziona nel dettaglio? Modificando la tensione CC dell’inverter applicata alla stringa, i diodi di bypass si attivano e diventano conduttivi, fungendo da ponte sulla stringa di celle interessata del modulo solare interessato.
Risultato: le altre aree del modulo rimangono pienamente operative e l’intero sistema può continuare a funzionare in modo efficiente. “Questo comporta due vantaggi”, spiega Marija Milosavljeva, esperta di sviluppo di sistemi presso Fronius. “Da un lato, si evitano il surriscaldamento e i possibili hot-spot, dall’altro si genera una resa redditizia nonostante l’ombreggiamento parziale.”
Miglioramenti nel mercato dei moduli solari
I continui sviluppi dei moduli solari contribuiscono a rendere ancora più redditizio il tuo impianto fotovoltaico sul tetto.
Grazie alla tecnologia delle semicelle, ovvero al dimezzamento delle singole celle solari, i moduli convenzionali a semicelle possono non solo ridurre le perdite di potenza, ma anche sfruttare meglio la luce. Funzionano in modo stabile anche a temperature elevate.
Anche il cosiddetto comportamento di ombreggiamento è migliore con i moduli a semicelle: i diodi di bypass dividono i moduli al centro. Ciò significa che se la metà inferiore o superiore del modulo a semicelle è ombreggiata da foglie, ad esempio, l’altra metà del modulo può comunque fornire la massima potenza. Un confronto: con un modulo a celle piene ombreggiato esattamente nello stesso modo, la potenza dell’intero modulo andrebbe persa.
Inseguimento MPP efficiente per una maggiore potenza
Per ridurre al minimo le perdite per ombreggiamento o mismatch, gli inverter con stringhe o multistringa sono dotati di uno o più inseguitori MPP (Maximum Power Point). Idealmente, per ogni stringa viene utilizzato un inseguitore MPP, che determina continuamente il punto di funzionamento ottimale delle stringhe collegate e quindi mantiene sempre la potenza dell’impianto fotovoltaico al livello massimo.
Gestione dell’ombreggiamento inclusa
Massima resa nonostante l’ombreggiamento parziale? È possibile con la gestione intelligente dell’ombreggiamento, idealmente già integrata nell’inverter. Ciò consente di ottimizzare anche le aree del tetto con ombreggiamento parziale.
Il nostro Dynamic Peak Manager è un algoritmo intelligente di inseguimento MPP che rileva l’ombreggiamento e ottimizza il rendimento a livello di stringa. A tal scopo, l’algoritmo scansiona e analizza l’intera curva tensione-potenza a intervalli regolari di circa 10 minuti e trova sempre il punto di lavoro più efficiente (Maximum Power Point globale) dell’impianto fotovoltaico.
Marija Milosavljeva, esperta di sviluppo di sistemi presso Fronius.
Non tutte le perdite per ombreggiamento sono uguali
Esempio: ombreggiamento causato da un comignolo
Una simulazione dell’ombreggiamento con un software di simulazione indipendente mostra che le perdite annuali per ombreggiamento sono basse.
Fondamentalmente, si devono considerare due diverse categorie di perdita.
Perdite per ombreggiamento parziale specifiche del modulo: la luce del sole viene bloccata da vari oggetti che proiettano ombre (in questo caso un comignolo), quindi meno luce raggiunge i moduli solari. Questa ridotta quantità di luce non può essere ottimizzata da alcun inverter, ottimizzatore di potenza o microinverter. L’unica soluzione in questo caso è rimuovere l’oggetto che causa l’ombra.
Al contrario, le perdite per mismatch, cioè le perdite per ombreggiamento delle stringhe, possono essere migliorate in modo significativo da un algoritmo di inseguimento MPP intelligente: come si può vedere nella tabella, le perdite per mismatch sono inferiori di circa due terzi rispetto alle perdite per ombreggiamento a livello di modulo grazie a Dynamic Peak Manager.
| Tipo di perdite per ombreggiamento | Perdite in % | Perdite in kWh | |
| Ombreggiamento parziale specifico per modulo | –0,18 % | 26,07 kWh (di 14.485 kWh) | Non può essere influenzato da |
| Mismatch (configurazione/ombreggiamento) | –0,06 % | 8,7 kWh (di 14.485 kWh) | Ampiamente ridotto con Dynamic Peak Manager |
I risultati della simulazione mostrano chiaramente che l’ombreggiamento parziale specifico per modulo comporta una perdita percentuale molto più elevata (circa 0,18%) rispetto alle perdite per mismatch (circa 0,06%).
Per riassumere: se l’inverter, in quanto elemento centrale di un impianto fotovoltaico, è dotato di un inseguimentoPP efficiente e di una gestione intelligente dell’ombreggiamento, come nel caso di tutti gli inverter Fronius, si può contare non solo su un rendimento ottimale, anche in condizioni ambientali difficili, ma anche sull’interazione ideale di hardware e software, senza componenti o costi aggiuntivi.
Ottimizzatore delle prestazioni senza problemi?
Sebbene gli ottimizzatori DC possano migliorare le prestazioni del sistema in caso di ombreggiamento, raramente si rivelano utili.
Cosa fa un ottimizzatore? Un ottimizzatore cerca di ottimizzare ogni modulo con il suo MPP individuale controllando la tensione a livello di modulo. “Un ottimizzatore di potenza è particolarmente vantaggioso in caso di ombreggiamento ridotto, ma solo a condizione che i diodi di bypass non siano attivati. Se i diodi di bypass diventano conduttivi, cioè attivi, in presenza di un ombreggiamento maggiore, l’area in ombra viene bypassata e praticamente spenta. Ciò significa che l’ottimizzatore delle prestazioni non ha più nulla da fare, non può influenzare un’area disattivata”, sottolinea Milosavljeva. La Product Manager è critica nei confronti dell’uso degli ottimizzatori da un altro punto di vista: “Come componenti aggiuntivi, i convertitori DC/DC richiedono energia e consumano corrente anche in modalità standby, che deve essere generata dall’impianto fotovoltaico. Di conseguenza, il rendimento aggiuntivo ottenuto è spesso inferiore e non giustifica i maggiori costi di investimento.”
Inoltre, i numerosi componenti aggiuntivi che devono essere collocati su ciascun modulo solare riducono l’affidabilità del sistema nel suo complesso e quindi aumentano anche la probabilità di guasto dell’impianto fotovoltaico.
Il risultato: Non è sempre possibile evitare l’ombreggiamento degli impianti fotovoltaici, ma grazie ai promettenti sviluppi del mercato solare – sia per i moduli solari che per gli inverter con stringhe – è ora possibile ridurre le perdite per ombreggiamento in modo efficace.
Il fattore decisivo è il tipo di ombreggiamento o di perdita di potenza: sono ora disponibili soluzioni efficaci soprattutto per le perdite per mismatch, che possono essere causate da un ombreggiamento non uniforme dei singoli moduli solari. Grazie alle soluzioni di gestione integrata dell’ombreggiamento, come il Dynamic Peak Manager Fronius, la percentuale di energia solare persa è molto bassa.
La maggior parte delle perdite per ombreggiamento è causata da una riduzione generale della quantità di luce dovuta a oggetti che proiettano ombre, come alberi, edifici o tralicci. Tali perdite non possono essere ridotte da ottimizzatori DC, microinverter o altri componenti elettronici di potenza a livello di modulo. Si può rimediare solo rimuovendo l’oggetto, se possibile.
Gli investimenti in componenti aggiuntivi per ottimizzare le prestazioni, come gli ottimizzatori DC, sono raramente convenienti. L’uso di ottimizzatori di potenza non è vantaggioso a causa del loro fabbisogno energetico aggiuntivo, soprattutto in caso di forte ombreggiamento o se sono interessati solo alcuni moduli, e aumenta la suscettibilità dell’intero sistema fotovoltaico ai guasti.
Vuoi saperne di più? Per ulteriori approfondimenti sul tema dell’ombreggiamento, puoi consultare il nostro white paper “L’influenza dell’ombreggiamento sugli impianti fotovoltaici”: continua a leggere!
