Negli ultimi anni, molte aree europee hanno registrato in inverno nevicate intense più frequenti e periodi prolungati di basse temperature, rendendo sempre più comune il funzionamento degli impianti fotovoltaici in condizioni climatiche complesse.
A differenza delle situazioni estive ad alta irradiazione, i rischi invernali spesso non sono immediatamente evidenti: neve, basse temperature e cicli ripetuti di gelo e disgelo modificano nel tempo lo stato delle sollecitazioni del sistema durante l’esercizio.
Nel contesto della diffusione di moduli ad alta potenza e dell’aumento continuo delle dimensioni dei componenti, questi cambiamenti tendono ad amplificare le differenze tra diverse strutture e soluzioni di installazione, influenzando nel lungo periodo l’affidabilità complessiva di un impianto fotovoltaico per aziende.
Indice
- In condizioni invernali estreme, quali sfide deve affrontare un sistema fotovoltaico?
- In che modo la progettazione strutturale dei moduli influisce sulla resistenza al carico neve?
- Perché i moduli di grandi dimensioni tendono a evidenziare più facilmente criticità in inverno?
- Come ridurre i rischi operativi invernali di un impianto fotovoltaico industriale?
1. In condizioni invernali estreme, quali sfide deve affrontare un sistema fotovoltaico?
In un ambiente invernale estremo, le difficoltà per un impianto fotovoltaico per le aziende non derivano da un singolo fattore, ma dall’accumulo di più condizioni ambientali che generano una pressione operativa combinata.
Nell’esperienza reale di esercizio, le principali criticità invernali si concentrano nei seguenti aspetti:
1.1 Pressione da carico neve persistente
L’impatto della neve non si limita alla riduzione dell’irraggiamento, ma riguarda soprattutto il carico statico dovuto al peso accumulato.
A differenza del carico del vento o di sollecitazioni di breve durata, il carico neve agisce generalmente per periodi prolungati sulla superficie del pannello fotovoltaico, mantenendo moduli e strutture di supporto in uno stato di sollecitazione continua.
Questa pressione persistente è particolarmente sensibile alle dimensioni del modulo, al percorso delle forze e alla correttezza dei sistemi di fissaggio.
1.2 Distribuzione non uniforme della neve e differenze di carico
Nelle applicazioni reali, la neve raramente si deposita in modo uniforme sull’intera superficie dei pannelli fotovoltaici. L’inclinazione del tetto, la direzione del vento, la presenza di ostacoli e la disposizione dei moduli possono generare variazioni significative nello spessore dello strato nevoso.
Queste differenze di carico favoriscono deformazioni locali o concentrazioni di tensione, spesso difficili da individuare visivamente.
1.3 Effetti ripetuti di fusione e ricongelamento
L’inverno non è caratterizzato da temperature costantemente basse. I cicli di fusione diurna e ricongelamento notturno modificano continuamente lo stato delle sollecitazioni sulla superficie dei moduli.
Questa azione ciclica tende ad amplificare differenze strutturali inizialmente minime, sottoponendo il sistema a stress variabili nel lungo periodo.
1.4 Influenza delle basse temperature su materiali e connessioni
A basse temperature, le proprietà meccaniche e i comportamenti deformativi dei diversi materiali cambiano. Moduli, telai e punti di connessione si adattano ripetutamente ai cicli di dilatazione e contrazione termica; quando il freddo si combina con il carico neve, tali variazioni incidono più facilmente sulla stabilità complessiva di un impianto fotovoltaico autoconsumo.
1.5 Manifestazione ritardata dei rischi
È importante sottolineare che questi effetti raramente si traducono in guasti evidenti dopo un singolo evento meteorologico estremo. Più spesso, l’azione ripetuta delle condizioni invernali porta a un accumulo progressivo di sollecitazioni che, nel tempo, si manifesta come un problema di affidabilità a livello di sistema.
2. In che modo la progettazione strutturale dei moduli influisce sulla resistenza al carico neve?
2.1 Il percorso di trasmissione del carico neve nella struttura del modulo
In condizioni invernali, il carico generato dall’accumulo di neve non rimane limitato alla superficie del modulo, ma viene trasmesso progressivamente verso il basso lungo percorsi strutturali predefiniti. Questo processo di trasferimento determina se il carico viene distribuito in modo uniforme oppure amplificato in punti localizzati.
In generale, il percorso di trasmissione del carico neve comprende:
- la superficie in vetro del modulo che sopporta la pressione verticale iniziale
- il trasferimento del carico attraverso la struttura di incapsulamento verso il telaio
- il telaio che convoglia ulteriormente il carico verso i punti di fissaggio e la struttura di supporto
Se il progetto strutturale garantisce un percorso di carico continuo e relazioni di forza ben definite, il carico neve tende a essere distribuito su più elementi strutturali. Al contrario, la presenza di zone strutturalmente deboli o di interruzioni nel percorso delle forze favorisce la concentrazione locale dei carichi, aumentando il rischio di deformazioni o di fatica nel lungo periodo, soprattutto in un contesto di impianto fotovoltaico per azienda.
2.2 Telaio e distribuzione della rigidezza: influenza sulla capacità globale di resistenza alla deformazione
Sotto l’azione prolungata del carico neve, l’eventuale deformazione irreversibile di un modulo dipende essenzialmente dalla rigidezza flessionale complessiva fornita dal sistema di telai e dalla sua distribuzione sull’intera superficie del pannello fotovoltaico.
Il telaio non svolge solo una funzione di incapsulamento e protezione: la geometria della sezione, l’orientamento e la modalità di collaborazione strutturale con il vetro determinano direttamente l’efficacia con cui la rigidezza viene mobilitata sotto carico neve.
Quando il modulo è sottoposto alla pressione della neve:
- una distribuzione uniforme della rigidezza favorisce una risposta strutturale coordinata
- variazioni brusche di rigidezza o zone con capacità flessionale insufficiente tendono a diventare punti di innesco della deformazione
Queste differenze strutturali facilitano la formazione di deformazioni locali durante il processo di carico, compromettendo la stabilità delle strutture interne e dei punti di collegamento del modulo.
2.3 La disposizione dei punti di fissaggio determina come il carico viene ripartito
Sotto l’azione del carico neve, il carico uniformemente distribuito sul modulo non viene “assorbito” in modo omogeneo dall’intera struttura, ma viene trasferito ai punti di fissaggio sotto forma di reazioni di supporto discrete. Di conseguenza, il numero, la posizione e la distanza tra i punti di fissaggio determinano direttamente la modalità di ripartizione del carico nella struttura, un aspetto cruciale per un impianto fotovoltaico industriale.
A livello di stima ingegneristica, il carico verticale totale sul modulo può essere approssimato come:
carico neve ≈ intensità del carico neve × area del modulo
(F ≈ q × A)
Nel funzionamento reale, le differenze introdotte dalla disposizione dei punti di fissaggio vengono spesso ulteriormente amplificate durante il processo di carico. Con l’aumento della distanza tra i punti di ancoraggio, cresce anche la luce efficace del modulo, favorendo la concentrazione del momento flettente massimo nella zona centrale.
In presenza di una distribuzione non uniforme della neve, questa caratteristica strutturale amplifica ulteriormente le differenze di sollecitazione tra i diversi punti di fissaggio, portando alcune aree locali a entrare precocemente in uno stato di elevata tensione. Se la progettazione non tiene adeguatamente conto dei carichi invernali, anche a parità di intensità del carico neve la sensibilità del fotovoltaico aziendale alle distribuzioni irregolari risulta significativamente maggiore.
3. Perché i moduli di grandi dimensioni tendono a evidenziare più facilmente criticità in inverno?
Una volta compreso come la struttura del modulo e il sistema di fissaggio influenzino il comportamento sotto carico neve, la variazione delle dimensioni diventa il fattore che determina se tali differenze strutturali vengano effettivamente amplificate.
Con l’estensione progressiva della potenza dei moduli nell’intervallo 410–800 W, le dimensioni geometriche e il peso unitario sono aumentati in modo significativo, diventando una variabile strutturale non trascurabile nella progettazione dei sistemi fotovoltaico per le aziende. In condizioni invernali estreme, questo cambiamento non “crea” nuovi problemi, ma rende più precocemente e chiaramente visibili le sensibilità strutturali già presenti nel sistema.
Prendendo come esempio gli attuali moduli TOPCon bifacciali a doppio vetro, i modelli ad alta potenza corrispondono generalmente a dimensioni maggiori e a un peso superiore per singolo modulo. In molti progetti reali, la lunghezza di questi moduli si avvicina o supera i 2 metri, con una larghezza di circa 1,3 metri; il peso unitario risulta spesso superiore del 25–35% rispetto ai moduli da 410–450 W delle generazioni precedenti. Quando in inverno il modulo è sottoposto simultaneamente a carico neve, peso proprio e reazioni di supporto, le sollecitazioni affrontate da telaio, punti di fissaggio e struttura di sostegno risultano sostanzialmente diverse rispetto ai moduli di dimensioni ridotte.
Per comprendere in modo più intuitivo “da quale scala in poi le grandi dimensioni amplificano i problemi”, è utile suddividere i moduli attualmente più diffusi in tre intervalli di scala ingegneristica, considerando dimensioni e peso unitario:
- circa 1,7 m e 20–25 kg (ad es. 410–450 W):
moduli di dimensioni medio-tradizionali, con percorsi di carico più brevi; il sistema mantiene una buona tolleranza a errori di installazione e disomogeneità strutturali, e i rischi invernali incidono principalmente sulla produzione. - circa 2,2 m e 30–36 kg (ad es. 550–650 W):
con l’aumento della lunghezza del lato maggiore e del peso, la luce efficace tra i punti di fissaggio cresce; iniziano a emergere flessioni centrali e differenze locali di carico, aumentando sensibilmente la sensibilità del sistema alla compatibilità strutturale e alla precisione di installazione. - oltre 2,35 m e prossimi a 40 kg (ad es. 700 W e oltre):
a questa scala, il carico deve essere trasmesso lungo percorsi strutturali più lunghi; in presenza di neve non uniforme o accumuli locali, le sollecitazioni tendono ad amplificarsi nella zona centrale e in prossimità dei punti di fissaggio, facendo emergere precocemente la sensibilità strutturale invernale.
Di conseguenza, il fatto che i moduli di grandi dimensioni “espongano più facilmente i problemi” in inverno non è legato alla maggiore potenza, ma all’aumento simultaneo di dimensioni e peso, che riduce in modo significativo la tolleranza del sistema a disallineamenti strutturali, imprecisioni di installazione e distribuzioni di carico non uniformi. Quando si continuano ad applicare ipotesi progettuali pensate per moduli di piccole e medie dimensioni, queste differenze tendono a essere amplificate anticipatamente durante il funzionamento invernale.
Quando i moduli di grandi dimensioni diventano lo standard, come devono essere adattate le ipotesi ingegneristiche?
Quando dimensioni e peso dei moduli entrano in nuovi intervalli, le ipotesi ingegneristiche sviluppate per moduli di piccole e medie dimensioni non sono più sufficienti a descriverne correttamente il comportamento meccanico. Se si continua ad applicare la logica precedente, il sistema tende a mostrare più precocemente una maggiore sensibilità strutturale in inverno, piuttosto che un vero e proprio “sovraccarico”.
Dal punto di vista ingegneristico, i moduli di grandi dimensioni non introducono nuove tipologie di rischio, ma impongono requisiti più stringenti su alcune condizioni progettuali precedentemente implicite, in particolare:
- la luce efficace
- la base di sovrapposizione tra peso proprio e carico neve
- la tolleranza del sistema alle deviazioni di installazione
Quando queste ipotesi non vengono aggiornate in modo coerente, l’ambiente invernale tende ad amplificare per primo le differenze strutturali, facendo emergere anticipatamente problemi di stabilità durante l’esercizio del fotovoltaico aziendale.
4. Come ridurre i rischi operativi invernali di un sistema fotovoltaico?
In condizioni invernali estreme, l’affidabilità di un sistema fotovoltaico non dipende da un singolo parametro isolato, ma piuttosto dal livello di coerenza complessiva tra scelta dei moduli, progettazione strutturale e decisioni di installazione. Rispetto a interventi correttivi a posteriori, una valutazione mirata delle variabili chiave nella fase iniziale del progetto risulta spesso più efficace e con costi più controllabili, soprattutto per un fotovoltaico per le aziende.
4.1 Nella fase di selezione dei moduli, considerare chiaramente le dimensioni come parametro strutturale
Quando l’intervallo di potenza dei moduli si estende a 410–800 W, le dimensioni non rappresentano più soltanto un fattore logistico o di posa, ma diventano un parametro progettuale rilevante per il comportamento strutturale.
In ambiente invernale, è consigliabile concentrarsi in particolare su:
- la relazione tra lunghezza, larghezza del modulo e distanza tra i punti di fissaggio
- l’effetto combinato di peso proprio e carico neve su telaio e struttura di supporto
- l’esistenza di indicazioni strutturali o di esperienze applicative specifiche per moduli di grandi dimensioni
È importante evitare di applicare automaticamente logiche di fissaggio sviluppate per moduli di piccole dimensioni all’interno di un impianto fotovoltaico industriale.
4.2 Nella progettazione strutturale e dei sistemi di fissaggio, ridurre prioritariamente la sensibilità alla luce
In presenza di carichi neve, i rischi strutturali tendono a manifestarsi per primi nelle zone caratterizzate da luci maggiori. Nella fase di progettazione del sistema, la sensibilità strutturale può essere ridotta attraverso:
- Ottimizzazione del numero e della posizione dei punti di fissaggio, evitando luci efficaci eccessive
- Verifica della coerenza tra la rigidezza della struttura di supporto e la classe dimensionale dei moduli
- Adozione di configurazioni meno “rigide” nelle aree soggette ad accumuli di neve non uniformi
L’obiettivo non è aumentare indiscriminatamente i margini di sicurezza, ma consentire una ripartizione e una trasmissione più omogenea dei carichi, migliorando la stabilità complessiva del fotovoltaico aziendale.
4.3 Nelle fasi di installazione e posa, controllare le tolleranze di precisione
Per i moduli di grandi dimensioni, anche lievi imprecisioni in fase di installazione possono essere amplificate durante l’esercizio invernale. Piuttosto che affidarsi a correzioni successive, il controllo in cantiere riveste un ruolo determinante:
- Assicurare che la posizione dei punti di fissaggio, il livellamento e la simmetria rispettino il progetto
- Evitare che errori di montaggio introducano sollecitazioni locali aggiuntive
- Nelle coperture complesse o nelle zone di bordo, valutare in anticipo i percorsi di accumulo e scorrimento della neve
La qualità dell’installazione è parte integrante dell’affidabilità invernale di un impianto fotovoltaico per azienda.
4.4 Dal “rispetto delle norme” alla “stabilità nel lungo periodo”
In ambienti caratterizzati da inverni estremi, il rispetto delle normative di progetto rappresenta una soglia minima, non un obiettivo finale. Per sistemi ad alta potenza e grandi dimensioni, criteri di valutazione più significativi includono:
- La presenza di un margine di stabilità strutturale lungo cicli invernali ripetuti
- L’assenza di percorsi potenziali di concentrazione delle sollecitazioni o di accumulo di fatica
- La capacità del sistema di mantenere una risposta strutturale controllata anche in condizioni non uniformi
Questo passaggio concettuale dal “carico a breve termine” alla “stabilità operativa nel lungo periodo” è spesso determinante per ridurre i rischi invernali nel fotovoltaico per le aziende.
Nel complesso, i rischi di esercizio invernale non sono innescati da un singolo fattore, ma derivano dall’interazione tra struttura, dimensioni dei moduli e condizioni ambientali. Identificando e gestendo in anticipo queste variabili nelle fasi di selezione, progettazione e installazione, l’affidabilità di un sistema fotovoltaico in condizioni invernali estreme può essere significativamente migliorata e mantenuta sotto controllo.
Maysun Solar offre al mercato europeo un’ampia gamma di moduli fotovoltaici basati su diverse tecnologie, tra cui soluzioni IBC, TOPCon e HJT, coprendo vari livelli dimensionali e differenti scenari applicativi. Nella selezione e fornitura dei moduli, l’attenzione è rivolta alla compatibilità strutturale, alle condizioni di installazione e alle prestazioni nel lungo periodo, supportando i partner nel bilanciare requisiti di potenza, vincoli strutturali e affidabilità complessiva del sistema.
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