Struttura dei pannelli solari: analisi dei 6 componenti chiave e delle loro funzioni

I pannelli solari non sono un singolo componente funzionale, ma moduli composti da più unità strutturali. Ogni parte svolge un ruolo specifico nella protezione ottica, nella conversione dell’energia, nel supporto meccanico e nelle connessioni elettriche. Sebbene potenza ed efficienza siano spesso i parametri più immediati per valutare un modulo fotovoltaico, anche la progettazione strutturale incide in modo significativo sulla stabilità e sulla coerenza operativa in esercizio reale. Comprendere queste basi strutturali aiuta a formulare valutazioni più chiare nei successivi confronti tecnici, in particolare nei progetti di fotovoltaico aziendale.

Indice

1. Struttura ottica e di protezione
2. Unità di conversione dell’energia
3. Struttura di supporto e fissaggio meccanico
4. Struttura di collegamento elettrico e sicurezza

1. Struttura ottica e di protezione

La struttura ottica e di protezione è l’unità del pannello solare responsabile della gestione della luce incidente e dell’isolamento dall’ambiente esterno. Posizionata nello strato più esterno, è la prima a subire l’impatto delle condizioni ambientali. Pur non partecipando direttamente alla conversione elettrica, il suo livello progettuale influisce in modo diretto sull’utilizzo della luce, sulla sicurezza meccanica e sulla coerenza di funzionamento nel lungo periodo, aspetti rilevanti anche negli impianti di fotovoltaico per le aziende.

Dal punto di vista strutturale, la struttura ottica e di protezione comprende principalmente i seguenti due componenti chiave:

1.1 Vetro frontale

Il vetro frontale si trova sul lato più esterno del pannello ed è il primo strato attraversato dalla luce. Svolge inoltre una funzione di protezione meccanica delle strutture interne. Le sue funzioni principali includono:

• Garanzia della trasmissione ottica: la trasmittanza del vetro temperato standard è in genere intorno al 91,5%, mentre il vetro fotovoltaico con trattamento antiriflesso può raggiungere circa il 93,5%. Nel funzionamento a lungo termine di un pannello fotovoltaico, questa differenza si riflette in modo continuo sul livello di produzione energetica.
• Utilizzo efficace dello spettro solare: il vetro fotovoltaico copre efficacemente la banda principale della radiazione solare, circa 380–1100 nm, e riflette parte dell’infrarosso, contribuendo a ridurre l’assorbimento termico non necessario in condizioni di elevata irradianza.
• Capacità di protezione meccanica: il vetro fotovoltaico completamente temprato da 3,2 mm può resistere all’impatto di una sfera d’acciaio da 1 kg lasciata cadere da 1 m di altezza e a carichi da grandine con diametro di circa 2,5 mm, fornendo una base di protezione essenziale contro vento, grandine ed eventi meteorologici estremi.

Nelle applicazioni reali, la progettazione del vetro frontale deve trovare un equilibrio tra prestazioni ottiche e capacità di protezione. La sua stabilità è direttamente collegata al comportamento operativo del modulo in diversi contesti climatici, inclusi impianti su capannoni industriali e sistemi di fotovoltaico capannone destinati al risparmio energetico aziendale.

1.2 Materiali di incapsulamento (EVA / POE / EPE)

I materiali di incapsulamento si trovano tra il vetro frontale e le celle solari. La loro funzione principale non è migliorare le prestazioni ottiche, bensì mantenere la stabilità strutturale interna del pannello fotovoltaico nel lungo periodo. Dal punto di vista funzionale, il loro ruolo chiave si manifesta principalmente in:

• Fissaggio e posizionamento delle celle: dopo il processo di laminazione, lo strato di incapsulamento stabilizza la posizione delle celle, evitando spostamenti strutturali dovuti a dilatazioni termiche o a sollecitazioni esterne durante trasporto, installazione ed esercizio, che potrebbero alterare la distribuzione delle tensioni interne.
• Assorbimento delle sollecitazioni meccaniche e termiche: in presenza di forti escursioni termiche giornaliere o di condizioni di esercizio ad alta temperatura, i materiali di incapsulamento assorbono parte delle sollecitazioni, riducendo la trasmissione diretta delle tensioni verso le celle e le stringhe di saldatura.
• Isolamento ambientale e supporto all’isolamento elettrico: insieme al vetro frontale, lo strato di incapsulamento contribuisce al sistema di isolamento ambientale del modulo, limitando la penetrazione di umidità e di altri fattori esterni e garantendo alle celle un ambiente operativo relativamente stabile.

Nella struttura reale dei moduli, la scelta del materiale di incapsulamento è generalmente correlata al tipo di cella e alla configurazione del modulo fotovoltaico. Ad esempio, i tradizionali moduli monovetro con celle di tipo P utilizzano spesso EVA, mentre nelle celle di tipo N e nei moduli a doppio vetro sono più comuni soluzioni in POE o incapsulamenti compositi EPE. Le diverse soluzioni presentano differenze in termini di resistenza all’umidità e al calore, capacità di barriera al vapore e stabilità dell’isolamento nel lungo periodo. La selezione dipende quindi principalmente dal progetto strutturale e dalle condizioni operative tipiche del fotovoltaico aziendale, piuttosto che da un singolo parametro del materiale.

2. Unità di conversione dell’energia

L’unità di conversione dell’energia è la struttura centrale del pannello solare responsabile della trasformazione della luce incidente in energia elettrica. Le sue prestazioni determinano direttamente il livello di output del modulo nelle condizioni operative reali, un aspetto decisivo per un impianto fotovoltaico per azienda.

2.1 Celle solari

In qualità di unità base della conversione fotoelettrica, le dimensioni delle celle, il loro metodo di suddivisione e la disposizione all’interno del modulo influenzano in modo significativo la distribuzione della corrente e il comportamento operativo reale.

Dal punto di vista tecnologico, le celle utilizzate nei principali pannelli solari attuali si dividono principalmente in celle di tipo P e di tipo N. Con l’aumento delle richieste di efficienza e stabilità a lungo termine, le celle di tipo N occupano una quota crescente nelle nuove capacità produttive e nei moduli di fascia principale, mentre le celle di tipo P continuano a essere utilizzate in parallelo in alcuni contesti applicativi.

Sul piano della progettazione strutturale del modulo, tuttavia, la forma delle celle non è più limitata alla configurazione full-size, ma si sta evolvendo verso soluzioni suddivise, con l’obiettivo di ottimizzare le prestazioni in condizioni di esercizio reali:

• Celle half-cut: la tecnologia half-cut divide una cella intera in due parti, riducendo l’intensità di corrente su ciascun percorso elettrico e, di conseguenza, le perdite resistive interne. Questa configurazione è oggi molto diffusa nei pannelli fotovoltaici, migliorando la stabilità di output in condizioni di elevata irradianza o ombreggiamento parziale.
• Celle 1/3-cut: basata sull’approccio half-cut, la suddivisione in tre parti riduce ulteriormente l’intensità di corrente su ogni percorso e ne migliora l’uniformità. In condizioni operative complesse, contribuisce a una maggiore stabilità di produzione ed è stata progressivamente adottata nei moduli ad alta potenza negli ultimi anni.

Dal punto di vista dell’evoluzione strutturale, la suddivisione delle celle non mira esclusivamente ad aumentare l’efficienza nominale, ma si concentra soprattutto sulla riduzione delle perdite operative, sul miglioramento della gestione termica e sull’incremento della coerenza di produzione reale, fattori cruciali per sistemi di fotovoltaico per le aziende orientati alla stabilità di lungo periodo.

3. Struttura di supporto meccanico e fissaggio

La struttura di supporto meccanico e fissaggio è l’unità del pannello solare responsabile del sostegno dei componenti interni, del mantenimento della forma complessiva e della resistenza ai carichi meccanici esterni. Pur non partecipando direttamente al processo di produzione di energia, la razionalità del suo design influisce in modo diretto sulla stabilità strutturale e sull’affidabilità del modulo durante il trasporto, l’installazione e il funzionamento a lungo termine.

Dal punto di vista della struttura dei pannelli solari, questa sezione è composta principalmente dal backsheet o dal vetro posteriore e dalla cornice, che insieme svolgono le funzioni di distribuzione dei carichi, mantenimento della forma e adattamento all’ambiente esterno.

3.1 Backsheet / vetro posteriore: strato di base per il supporto strutturale e l’isolamento ambientale

Il backsheet o il vetro posteriore si trova sul lato posteriore del modulo ed è lo strato chiave che sostiene la struttura laminata interna e ne garantisce la stabilità complessiva. Le differenze strutturali tra queste soluzioni influenzano direttamente la rigidità del modulo, la resistenza ambientale e gli ambiti di applicazione.

• Nei moduli monovetro, il backsheet svolge principalmente funzioni di supporto strutturale e isolamento ambientale. Questa configurazione è generalmente più leggera, risultando adatta a progetti con requisiti stringenti di carico sul tetto e maggiore flessibilità di installazione. Per questo motivo è comune in applicazioni su tetti e in molti sistemi di fotovoltaico aziendale.
• Nei moduli a doppio vetro, il vetro posteriore e quello frontale formano una struttura simmetrica che conferisce maggiore rigidità complessiva al modulo, migliorando la coerenza strutturale nel lungo periodo. Grazie alla durabilità e alla stabilità del vetro, questa soluzione è particolarmente indicata in ambienti ad alta umidità, corrosivi o in applicazioni con elevate esigenze di affidabilità a lungo termine.

Dal punto di vista della scelta strutturale, il backsheet privilegia leggerezza e adattabilità all’installazione, mentre il vetro posteriore punta su stabilità strutturale e resistenza ambientale. Non esiste una soluzione universalmente migliore: l’idoneità dipende dal tipo di progetto, dalle condizioni di installazione e dai requisiti di stabilità operativa nel tempo, tipici anche di un impianto fotovoltaico per azienda.

3.2 Struttura del telaio: componente chiave per rigidità complessiva e adattamento all’installazione

La struttura del telaio si trova lungo il perimetro del modulo ed è l’interfaccia principale tra la laminazione interna e il sistema di montaggio esterno. Il suo design influisce direttamente sulla rigidità complessiva del pannello fotovoltaico, sulla protezione dei bordi e sulla compatibilità con i sistemi di installazione.

Un telaio progettato in modo razionale consente generalmente di:

• mantenere la stabilità della forma del modulo sotto carichi prolungati di vento e neve;
• distribuire le sollecitazioni meccaniche generate durante installazione ed esercizio, evitando concentrazioni di stress sui bordi della laminazione;
• garantire una compatibilità stabile con diversi sistemi di montaggio, migliorando la coerenza dell’installazione e la stabilità del fissaggio nel tempo.

Dal punto di vista ingegneristico, non esiste un unico standard per la struttura del telaio. Il criterio chiave è la capacità di trovare un equilibrio tra resistenza meccanica, peso complessivo e adattabilità al sistema di montaggio. Questo equilibrio influisce direttamente sulla sicurezza strutturale del modulo nel lungo periodo.

4. Struttura di collegamento elettrico e sicurezza

La struttura di collegamento elettrico e sicurezza è l’unità funzionale del pannello solare responsabile della raccolta e dell’uscita dell’energia elettrica, nonché della protezione elettrica di base. Sebbene non influisca sulle prestazioni ottiche o meccaniche del modulo, nella pratica rappresenta un elemento determinante per definire i limiti di rischio dell’intero sistema.

4.1 Scatola di giunzione: nodo chiave per l’uscita dell’energia e la sicurezza del sistema

La scatola di giunzione (J-Box) è posizionata sul retro del modulo ed è il punto di collegamento elettrico tra i circuiti interni del pannello solare e il sistema esterno. Le sue funzioni principali includono:

• Raccolta e uscita dell’energia elettrica: grazie alla progettazione dei collegamenti interni, convoglia in modo ordinato la corrente generata dalle celle, creando un’interfaccia di uscita stabile;
• Protezione elettrica di base: in condizioni operative anomale, contribuisce all’isolamento e alla protezione dei circuiti interni, riducendo la propagazione dei rischi elettrici verso il sistema;
• Limitazione degli effetti di anomalie locali: tramite le strutture di bypass interne, limita l’impatto di ombreggiamenti o guasti locali sul funzionamento complessivo del modulo.

Le strutture di collegamento elettrico sono spesso sottovalutate, ma in caso di guasto le loro conseguenze risultano più sistemiche. Comprendere il ruolo strutturale della scatola di giunzione aiuta a valutare in modo più completo il livello di rischio complessivo di un modulo nel funzionamento a lungo termine.

I pannelli solari sono il risultato dell’interazione di più unità strutturali, ciascuna con una funzione specifica. Le scelte progettuali adottate in queste strutture si riflettono inevitabilmente sulle prestazioni operative del modulo. Nelle valutazioni pratiche, potenza ed efficienza sono spesso gli indicatori più immediati, ma non descrivono in modo esaustivo il comportamento del modulo in diversi contesti applicativi.

Comprendere la composizione del pannello fotovoltaico e la sua struttura di base consente di costruire criteri di valutazione più chiari nel confronto tra soluzioni tecnologiche differenti, evitando decisioni basate esclusivamente su parametri superficiali. Solo integrando questa analisi con le esigenze applicative e di sistema, come nei progetti di fotovoltaico per le aziende orientati al risparmio energetico aziendale, la scelta del modulo assume un reale significato operativo.

Maysun Solar opera sul mercato europeo fornendo a grossisti, distributori e partner di progetto pannelli fotovoltaici basati su diverse tecnologie di cella, tra cui IBC, TOPCon e HJT, adatti a tetti industriali e ad applicazioni commerciali. Nella selezione e fornitura dei moduli, l’attenzione si concentra sull’adattamento strutturale, sulla stabilità operativa e sulle prestazioni reali in diverse condizioni di utilizzo, a supporto di decisioni tecniche e ingegneristiche più consapevoli.

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