1. Più sole non significa più energia
L’intensità della radiazione solare e la temperatura dei pannelli fotovoltaici sono i due fattori chiave che influenzano la potenza di un impianto fotovoltaico per le aziende.
Anche se in estate le giornate sono più lunghe e l’irraggiamento è maggiore, l’aumento della temperatura ambientale fa salire notevolmente la temperatura dei moduli fotovoltaici, riducendo così l’efficienza in uscita.
Durante le giornate estive con alta irradiazione, la superficie di un pannello fotovoltaico sul tetto può raggiungere i 65–75 °C, ben oltre le condizioni standard di test (25 °C). La maggior parte dei pannelli solari in silicio subisce una perdita di potenza dello 0,3%–0,35% per ogni grado in più.
Per questo motivo, nonostante l’ottima disponibilità solare estiva, l’aumento della temperatura provoca un decadimento delle prestazioni che incide direttamente sulla produzione totale. Ad esempio, in aree particolarmente calde, la potenza generata per kW durante le ore centrali estive è spesso inferiore rispetto a quella registrata in primavera o in autunno con lo stesso livello di irraggiamento. Questo spiega perché più sole non significa necessariamente più energia.
2. Il coefficiente di temperatura fa la differenza
Il calo delle prestazioni dei pannelli fotovoltaici in condizioni di alta temperatura dipende principalmente dalla loro sensibilità termica. Questo parametro si misura con il coefficiente di temperatura della potenza (%/°C), ovvero la percentuale di potenza persa per ogni grado di aumento della temperatura.
Più è basso questo coefficiente, migliori sono le prestazioni del fotovoltaico aziendale in condizioni di caldo estremo e quindi maggiore il risparmio energetico in azienda.
In estate, nelle regioni del Sud Europa con alta irradiazione, la temperatura superficiale dei pannelli fotovoltaici supera spesso i 65–70°C, con un incremento termico di 35–45°C rispetto agli standard di test (25°C).
Prendendo come esempio un aumento di temperatura di 40°C, la perdita di potenza è la seguente:
- PERC: –0,34 × 40 = –13,6%
- HJT: –0,24 × 40 = –9,6%
A parità di temperatura operativa, la potenza istantanea dei moduli HJT risulta superiore di circa il 4% rispetto ai pannelli PERC. Secondo le simulazioni PVsyst e i dati reali raccolti nel Sud Europa, la differenza annua di produzione tra pannelli fotovoltaici HJT e PERC nelle aree calde varia generalmente tra il 3% e il 6%.
Considerando una produzione media annua di 1.500 kWh/kWp, il guadagno cumulato annuo può variare tra 45 e 90 kWh/kWp. Questo vantaggio ha un impatto diretto sulla struttura dei costi LCOE e sui modelli di previsione finanziaria dei progetti fotovoltaici per le aziende.
Il coefficiente di temperatura influisce anche sulle scelte di progettazione elettrica e sul corretto dimensionamento degli inverter. Nei progetti orientati all’autoconsumo o alla massimizzazione del risparmio energetico aziendale, sottovalutare il degrado delle prestazioni dovuto al surriscaldamento potrebbe portare a stime errate della reale capacità produttiva, compromettendo così le previsioni di rendimento e la solidità della soluzione tecnica.
3. Il design strutturale incide sulle prestazioni in alta temperatura
La progettazione strutturale dei pannelli fotovoltaici influisce direttamente sulla loro stabilità termica e sull’efficienza operativa in condizioni di alta temperatura. I materiali di incapsulamento, la struttura dei percorsi elettrici e l’omogeneità del campo termico sono i principali fattori che determinano la resistenza al calore dei moduli, soprattutto sotto carichi elevati e forte irraggiamento tipici dell’estate.
Il materiale di incapsulamento è un elemento chiave per la dissipazione del calore.
I moduli a vetro singolo, grazie alla loro maturità produttiva, leggerezza e buon rapporto qualità-prezzo, sono ancora ampiamente utilizzati in Europa centrale e nelle zone temperate, garantendo prestazioni affidabili. Tuttavia, il backsheet polimerico comunemente impiegato (come TPT o PPE) ha una conducibilità termica di soli 0,2–0,3 W/m·K, il che limita la capacità di dissipazione del calore in condizioni di surriscaldamento.
Al contrario, i pannelli fotovoltaici con doppio vetro utilizzano vetro temperato anche sul retro, con una conducibilità termica più elevata, pari a 1,0–1,4 W/m·K, che consente di condurre e disperdere il calore in modo più efficiente. I dati sul campo dimostrano che, in condizioni di forte irradiazione e scarsa ventilazione, la temperatura operativa dei moduli bifacciali può essere inferiore di 2–3°C. Per moduli con coefficiente termico di –0,3%/°C, questo equivale a un vantaggio di potenza aggiuntivo dello 0,6%–0,9%, particolarmente rilevante nei progetti di fotovoltaico aziendale nel Sud Europa e nelle aree del Mediterraneo.
Anche la struttura conduttiva influisce sulla distribuzione del calore.
I pannelli tradizionali con telaio in alluminio utilizzano busbar anteriori per la conduzione elettrica. In presenza di ombreggiamento parziale, microcricche o anomalie di saldatura, possono generarsi hotspot nelle aree a maggiore densità di busbar, causando picchi termici localizzati.
Al contrario, i moduli con contatti posteriori, busbar sul retro o griglie più sottili presentano una minore differenza di temperatura superficiale (ΔT), contribuendo a ridurre la concentrazione del calore e le fluttuazioni di rendimento. I dati mostrano che i pannelli con ottimizzazione termica hanno un ΔT inferiore di 1,5–2°C, garantendo maggiore stabilità anche in condizioni di alta temperatura.
Il design strutturale è cruciale anche per la gestione delle tensioni meccaniche, la compatibilità con la dilatazione termica e la resistenza all’invecchiamento dei materiali.
I test di invecchiamento accelerato (85°C / 85% RH per 2000 ore) mostrano che i pannelli a doppio vetro subiscono una perdita di potenza inferiore al 2%, mentre alcuni moduli a vetro singolo possono arrivare al 3–4%. Tuttavia, la struttura bifacciale comporta un aumento del peso, richiedendo una maggiore attenzione alla portata dei tetti e alle modalità di installazione. Nei progetti su tetti leggeri, come quelli con affitto tetti fotovoltaico o affitto tetto capannone per fotovoltaico, è fondamentale trovare un equilibrio tra le esigenze strutturali e i benefici prestazionali.
4. Le alte temperature amplificano le differenze tecnologiche
In condizioni STC (Standard Test Conditions), le differenze tra le tecnologie dei pannelli fotovoltaici sono poco evidenti. Tuttavia, in presenza di alte temperature prolungate, queste differenze si accumulano nel tempo e si traducono in deviazioni quantificabili sulla produzione del sistema e sui modelli di rendimento economico.
Con una temperatura operativa di 65°C, la differenza di coefficiente termico tra PERC e HJT (0,10%/°C) genera una differenza di produzione giornaliera del 3–4%. Se questo intervallo di alte temperature rappresenta un terzo delle ore operative annuali, la differenza annualizzata di produzione può arrivare al 2–3%, con un impatto diretto sui calcoli del LCOE e sui modelli di redditività degli impianti fotovoltaici per le aziende.
In condizioni di forte irraggiamento e alte temperature, la struttura dei moduli influisce significativamente sull’efficienza della dissipazione del calore e sul tasso di invecchiamento. I pannelli fotovoltaici con doppio vetro, grazie alla loro maggiore conducibilità termica e all’incapsulamento simmetrico, offrono un vantaggio in termini di stabilità termica.
I test di invecchiamento accelerato (85°C / 85% RH) mostrano che i moduli bifacciali hanno un tasso di degrado inferiore al 2%, mentre alcuni moduli con backsheet polimerico possono arrivare al 3–4%. Tuttavia, le differenze effettive dipendono dai materiali e dai processi produttivi: la scelta del pannello deve sempre considerare la temperatura ambientale, i requisiti di carico e il ciclo di vita previsto.
Le alte temperature accelerano la formazione di hotspot, la propagazione di microcricche e l’affaticamento termico delle saldature. Se il design strutturale non prevede un’adeguata gestione della distribuzione del calore e delle tensioni, i bordi dell’incapsulamento diventano zone di accumulo dello stress termico, riducendo la stabilità strutturale del pannello e aumentando la necessità di interventi di manutenzione.
Nei mercati caratterizzati da clima caldo come il Sud Europa, il riscaldamento operativo deve essere considerato una variabile chiave nella valutazione della compatibilità tecnologica. La capacità dei moduli di mantenere la potenza ad alte temperature, la distribuzione uniforme del calore e la resistenza termica dei materiali di incapsulamento devono essere criteri fondamentali nella progettazione iniziale di un impianto fotovoltaico aziendale.
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Riferimenti
Fraunhofer ISE. (2024). Photovoltaics Report. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE. https://www.ise.fraunhofer.de/en/publications/studies/photovoltaics-report.html
NREL. (2020). Temperature Coefficients for PV Modules. National Renewable Energy Laboratory. https://www.nrel.gov/docs/fy20osti/76876.pdf
PVsyst SA. (2023). PVsyst Software Documentation – Thermal Behavior of PV Modules. https://www.pvsyst.com/help/thermal_behavior.htm
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