Alcuni pannelli fotovoltaici basati su una determinata tecnologia, ad una prima impressione potrebbero sembrare migliori rispetto ad altri, ma non sempre un’impressione rispecchia la realtà.

Nella scelta entrano in gioco diversi fattori, che vengono trattati qui di seguito con l’analisi di casistiche nelle quali può risultare conveniente utilizzare un particolare tipo di pannello piuttosto che un altro, con relativi vantaggi e svantaggi.
Verranno introdotti e classificati anche gli inseguitori solari.

Scegliere dei pannelli fotovoltaici di qualità per un impianto ottimizzato e è fondamentale, in quanto bisogna ragionare principalmente in termini di affidabilità, rendimento e durata nel tempo, facendo sì che l’investimento possa risultare conveniente non soltanto in termini economici per il presente.

Tecnologie e Tipologie

La fase di produzione dei pannelli fotovoltaici, prevede la disposizione delle molecole di silicio in un modo specifico per migliorare la conversione della luce solare in energia elettrica.

I processi adottati per aumentare la purezza del silicio, e di conseguenza l’efficienza, sono molto costosi, quindi un pannello solare ad alta efficienza non presenta necessariamente il più basso costo per potenza nominale.

Nella produzione di celle fotovoltaiche monocristalline e policristalline viene utilizzato il silicio cristallino.

Celle fotovoltaiche in silicio monocristallino

Le celle solari in silicio monocristallino, anche chiamato silicio cristallino singolo (sc-Si), vengono prodotte, partendo da lingotti in cui il reticolo cristallino è continuo, dal quale vengono ottenuti wafer di silicio.

Questa tipologia di celle presenta un aspetto e colorazione esterna uniformi e sono rese perfettamente ottagonali per ottimizzare le prestazioni e ridurre i costi di un singolo pannello solare.

Vantaggi

• Alto rendimento
  Dato l’alto grado di purezza del silicio, con alcune accortezze durante la fase di installazione, i pannelli monocristallini risultano anche i più efficienti, con un tasso di rendimento che di solito si aggira intorno al 12-19 %.

• Ottimizzazione dello spazio
  Grazie all’alto grado di efficienza, riesce a produrre più energia rispetto alle altre tipologie, richiedendo così una minore quantità di spazio per convertire la stessa quantità di energia.
• Durata nel tempo
  Durano e funzionano bene a lungo.

Svantaggi

• Costo
  I pannelli solari monocristallini sono costosi. Se si dispone di molto spazio può essere utile optare per un pannello fotovoltaico meno costoso, come uno in silicio amorfo o policristallino.

• Sensibilità a zone d’ombra
  Qualora il pannello dovesse risultare parzialmente coperto da ombra, sporco o neve, si “rompe” l’intero circuito.
  Quindi a meno che non si prevede l’utilizzo di un micro-inverter, l’intera fila di pannelli solari avrà un rendimento molto inferiore a quello che dovrebbe ottenersi in condizioni ottimali.

• Temperatura di funzionamento
  I pannelli monocristallini sono più efficienti durante la stagione fredda, ma quando la temperatura aumenta, il tasso di conversione elettrica diminuisce a causa dell’inferiore tolleranza al calore.

 

Celle fotovoltaiche in silicio policristallino

Il silicio policristallino è detto anche polisilicio (p-Si) e multi-cristallino (mc-Si).

Circa il 45% dei pannelli solari di oggi sono fatti da questo tipo di silicio. Il silicio policristallino non è realizzato con il processo Czochralski, ma la fase di produzione prevede che il silicio grezzo venga fuso e versato in uno stampo quadrato, che una volta raffreddato può essere tagliato in wafer perfettamente quadrati.

Rispetto a questa tecnologia, l’efficienza delle celle monocristalline è indubbiamente maggiore. Ovvero, a parità di superficie, permettono di ottenere potenze maggiori.
D’altro canto, il coefficiente termico delle cellule policristalline è minore e ad alte temperature reagiscono meglio rispetto ai pannelli monocristallini, risultando più efficienti.

Vantaggi

• Basso Costo di produzione
  Il processo utilizzato per produrre il silicio policristallino è più semplice, meno costoso e spreca meno materiale rispetto alla lavorazione del monocristallino, facendo sì che il costo dei pannelli fotovoltaici policristallini possa essere inferiore.

• Ottima resa anche a temperature più alte
  I pannelli policristallini hanno una tolleranza al calore superiore rispetto a quelli realizzati in silicio monocristallino, permettendo così un’ottima resa anche a temperature più elevate.

Svantaggi

• Efficienza più bassa
  I pannelli basati su questa tecnologia non sono efficienti come quelli monocristallini, a causa della purezza del silicio più bassa.

• Costo dello spazio
  Per produrre la stessa quantità di energia elettrica che si svilupperebbe con un pannello in silicio monocristallino, data l’efficienza più bassa, è necessario ricoprire una superficie maggiore.

 

Celle solari String Ribbon

I pannelli fotovoltaici denominati String Ribbon, sono fatti in silicio policristallino e il loro nome si rifà ad un metodo specifico per produrre silicio policristallino.
Fili termoresistenti vengono tirati attraverso silicio fuso, che si trasforma in un nastro di silicio molto sottile. I pannelli solari realizzati con questa tecnologia hanno delle somiglianze con i pannelli solari policristallini tradizionali.

Vantaggi

• Risparmio di silicio
  La produzione dei pannelli String Ribbon richiede circa la metà della quantità di silicio rispetto ai classici pannelli monocristallini.

Svantaggi

• Consumo di più energia per la produzione
  Nonostante venga utilizzato meno silicio, questo metodo di produzione necessita di più energia rispetto agli altri metodi, facendo lievitare il costo di produzione.

• Bassa efficienza
  L’efficienza è notevolmente inferiore rispetto ai tradizionali pannelli in silicio cristallino (di solito circa 13-14%).

 

Celle solari a film sottile (TFSC)

Le celle solari a film sottile sono composte da un film sottile di materiale fotovoltaico attaccato ad un substrato. I diversi tipi di celle fotovoltaiche a film sottile possono essere classificate in base al materiale fotovoltaico si cui è composto il substrato:

• Film sottile di silicio (a-Si)
• Tellururo di cadmio (CdTe)
• Seleniuro di rame, indio e gallio (CIGS)
• Celle fotovoltaiche organiche (OPC)

 

La maggior parte dei tipi di celle solari a film sottile non sono ancora sul mercato, ma in fase di ricerca e sperimentazione.
Tellururo di cadmio è l’unica cella solare a film sottile capace di superare le caratteristiche del silicio cristallino in termini di efficienza e costi, ma solo per impianti di grandi dimensioni.

 

Silicio amorfo (a-Si)

Le celle solari a film sottile al momento occupano circa il 5% del mercato fotovoltaico. Si tratta di una tecnologia relativamente nuova ma molto promettente destinata a migliorare e diffondersi velocemente

Vantaggi

• Risparmio di silicio
  Per la produzione dei pannelli, invece di utilizzare wafer di silicio spessi, le celle fotovoltaiche a film sottile vengono ricoperte di materiale fotovoltaico appena sufficiente a coprire la superficie dei substrati, utilizzando così minori quantità di silicio rispetto ai pannelli monocristallini e policristallini.

• Basso Costo di produzione
  Il processo di produzione è relativamente semplice, scalabile, ed economico.
• Flessibile e leggero
  Un modulo flessibile e leggero può essere utilizzato in molti campi, dato che può essere posizionato su superfici curve e su strutture più semplici.
  La resistenza e la flessibilità di pannelli solari a film sottile dipendono dalla superficie su cui è incorporato.
• Buone prestazioni anche in condizione di bassa irradiazione solare
  Rispetto ai pannelli classici questa tipologia di pannelli fotovoltaici offre prestazioni migliori in condizioni di luce peggiori e reagisce meglio in caso di copertura parziale, come ombra, sporcizia e neve.

• Resistenza alle alte temperature
  Data la loro caratteristica di convertire bene anche a temperatura molto alte, possono essere un’ottima soluzione per gli impianti che raggiungono delle temperature molto elevate, come ad esempio quelli che sostituiscono la copertura.

Svantaggi

• Durata inferiore nel tempo
  Nonostante si tratta di pannelli resistenti, non durano tanto a lungo quanto quelli monocristallini e policristallini, in quanto la loro perdita media di efficienza è dello 1-1,2%.

• Basso tasso di conversione e maggiore costo in spazio
  Attualmente, i pannelli fotovoltaici in commercio basati su questa tecnologia, presentano un tasso di conversione variabile dal 6-12 %.

Dato il basso tasso di conversione, per produrre la stessa quantità di energia elettrica ottenibile da un’altra tipologia di pannello, data l’efficienza più bassa, è necessario ricoprire una superficie maggiore.

Building-Integrated Photovoltaics

Se si è alla ricerca di un modo per massimizzare la produzione di energia elettrica del proprio impianto fotovoltaico sfruttando al massimo lo spazio che si ha a disposizione, si po’ prendere in considerazione l’utilizzo del fotovoltaico fabbricabile.

Questa tecnologia utilizza generalmente le celle fotovoltaiche cristalline o a film sottile che sono integrabili praticamente in qualsiasi superfice della costruzione, come ad esempio le facciate, tetti e pensiline.

 

Vantaggi

• Ottimizzazione dello spazio
• Aspetto gradevole

Svantaggi

• Installazione fissa
  I pannelli fotovoltaici avranno un buon rendimento soltanto nel momento in cui i raggi solari saranno diretti verso di essi.
• Costo elevato
  Alti costi di installazione e manutenzione.

 

Scelta del prodotto più adatto alle proprie esigenze

In base a quali fattori scegliere la tecnologia più adatta alle proprie esigenze? 

Non esiste un’unica soluzione adatta per ogni scenario, ma possono comunque essere dettate delle linee guida, sintetizzate come segue.

Costo – Beneficio

In commercio, esistono diverse tipologie di pannelli fotovoltaici che si differenziano tra loro non soltanto per le caratteristiche che presentano, ma anche per marca e fascia di prezzo.

Nonostante si possa pensare di puntare prima di tutto al risparmio economico, scegliere i migliori pannelli fotovoltaici con un buon rapporto qualità – prezzo, significa andare a progettare un impianto affrontando dei costi ammortizzabili nel tempo.

Un impianto che nel tempo produce in maniera ottimale, contribuisce a ridurre i costi.

Come già visto, bisogna tenere in considerazione anche lo spazio occupato e costo più basso per potenza nominale, rapportato al fabbisogno energetico che dovrà soddisfare l’impianto.

Area geografica

In base alla zona nella quale si ha intenzione di installare l’impianto, può essere più conveniente utilizzare una determinata tipologia di pannello piuttosto che un’altra. Ad esempio nel caso in cui durante la maggior parte dell’anno la luce tende ad essere soffusa (cielo nuvoloso), bisogna scegliere una tecnologia capace di funzionare bene in queste condizioni, che abbia una buona efficienza di conversione. In questo scenario potrebbe essere scartato a priori il monocristallino, a beneficio della tecnologia policristallino o a film sottile.

Indicatori di qualità

Progettare un impianto fotovoltaico con dei pannelli di qualità, significa progettare un impianto fatto per funzionare bene e mantenere determinate caratteristiche di conversione nel tempo.

Nella scelta di un determinato pannello piuttosto che un altro, indifferentemente dalla tipologia, possono essere considerate le variabili seguenti:

1. Anni di garanzia offerti dal produttore e relativo supporto e assistenza;
2. Anni di garanzia sul rendimento;
3. Presenza di una scheda tecnica approfondita;
4. Efficienza dei pannelli;
   1. Si esprime come un valore percentuale che indica quanta dell’irradiazione solare che arriva alle celle viene convertita in corrente elettrica. L’efficienza media è di 15 – 22 %
5. Resistenza al peso e al vento;
6. Coefficiente di temperatura % / °C;
7. Temperatura soglia di funzionamento;
8. Materiale di copertura superiore;
9. Materiale della cornice.

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Inseguitori solari

Gli inseguitori solari rivestono un ruolo importante nella fase di ottimizzazione dell’approvvigionamento energetico, in quanto fanno sì che grazie ad un apposito sistema di orientamento meccanico, l’angolo di incidenza dei raggi solari con la superficie del pannello sia sempre massimo.

Un impianto fotovoltaico dotato di inseguitori solari comporta sicuramente l’affronto di costi non indifferenti rispetto ad un impianto fisso, ma in diverse situazioni il costo è giustificato da un rendimento migliore.

Un impianto fotovoltaico ad inseguimento solare riesce ad incrementare la produzione di energia elettrica a partire da un 20% con un impianto monoassiale, fino ad arrivare al 40% con un impianto biassiale.

Le due principali tipologie di inseguitori solari sono il monoassiale e il biassiale, che possono essere a loro volta classificate in base al loro numero di assi, sistema di controllo e metodologia meccanica di direzionamento.

Monoassiali

Gli inseguitori solari monoassiali inseguono le radiazioni solari ruotando intorno ad un asse.
Rispetto ad un impianto fotovoltaico tradizionale fisso incrementano le prestazioni in termini di generazione di corrente elettrica.

Questa tipologia è consigliata nel caso in cui si ha intenzione di allestire un grande impianto, dove può essere sfruttata al massimo con il metodo di backtracking.

In base all’orientamento stesso si classificano in:

Inseguitori di tilt

Ruotano intorno all’asse est-ovest, ovvero l’angolo di tilt, che non deve essere fisso durante le ore della giornata, nè durante le stagioni, ma inseguire l’altezza del sole nel cielo. Questo movimento viene eseguito manualmente due volte all’anno.
Gli inseguitori di tilt sono la tipologia più economica sul mercato, giustificata dal fatto che non sono presenti movimenti meccanici.

Inseguitori di rollio

Durante il giorno inseguono il sole durante tutto il suo percorso nella volta del cielo tramite dei servomotori. Questa tipologia di inseguitori, inverte il movimento della struttura nelle ore dell’alba e del tramonto del sole per evitare le zone di ombra.

Inseguitori di azimut

Questa tipologia di inseguitore fa sì che i pannelli installati su una struttura complanare possano ruotare intorno a un asse verticale che li direziona verso i raggi solari del sole, ma senza comunque variare l’inclinazione.
Sono indicati per le alte latitudini, in cui il Sole non raggiunge mai altezze elevate nella volta celeste del cielo, ma necessitano di grandi spazi per l’installazione per evitare le zone d’ombra.

Inseguitori ad asse polare

Si tratta di una tipologia di Inseguitori che ruota intorno a un asse parallelo all’asse di rotazione terrestre nord-sud per seguire le radiazioni solari.
Gli inseguitori ad asse polare sono considerati la tipologia più efficiente ma presentano può difettare se si installa in un’area particolarmente ventata, in quanto causerebbe instabilità.

Biassali

Gli inseguitori fotovoltaici biassiali riescono a garantire un aumento della produzione elettrica fino al 40% e sono composti da ben due assi di rotazione, perpendicolari fra loro, che si spostano in rapporto al movimento del sole sulla volta celeste, tramite un sistema di controllo elettronico.
A causa dei costi maggiori questa tipologia è consigliata solo per piccoli impianti residenziali.

 

In base alla differente tipologia di orientamento, gli inseguitori solari biassiali si classificano in:

Inseguitori di azimut-elevazione

Permettono di aumentare l’efficienza della produzione elettrica, in quanto grazie al sistema automatizzato evitano le zone d’ombra, seguendo continuamente il movimento del sole tramite degli appositi sensori.
Includono una struttura con la prima asse fissata in parallelo al terreno e l’altra in grado di muoversi.

Inseguitori di tilt-rollio

L’asse primario è parallelo al terreno, con il secondo asse parallelo. Possono essere installati più gruppi di pannelli fotovoltaici senza impedire lo spostamento degli assi all’alba e al tramonto, sfruttando anche la tecnica del backtracking per evitare le zone di ombra.

 

Differenza tra gli inseguitori solari attivi e passivi

Un inseguitore solare viene definito attivo o passivo in base al meccanismo di movimento utilizzato per orientarsi verso il sole.

Gli inseguitori solari attivi sono dotati di un motore elettrico per consentirne il movimento azionato solo quando è necessario, ottimizzando il consumo di energia derivato dei motori.

Quelli passivi non necessitano invece di energia elettrica per orientarsi verso le radiazioni solari, ma si spostano grazie a dei fenomeni fisici autonomi, come ad esempio la dilatazione termica di un gas fluido compresso, che viene riscaldato dal sole producendo una pressione idraulica, facendo muovere la struttura dove sono allocati i moduli fotovoltaici.

Gli inseguitori attivi si dividono in:

Inseguitori analogici

Di questa classe di inseguitori fanno parte quelli in cui il movimento viene controllato da sensori che individuano le zone più soleggiate e controllano l’azionamento del servomotore.

Inseguitori digitali

Qui invece il movimento viene controllato da un circuito elettronico digitale controllato che tiene in memoria le informazioni sulla posizione del sole e relativo tasso di conversione, riuscendo ad orientare i pannelli nella posizione più vantaggiosa.

In questa tipologia è necessario preventivare l’allineamento dell’intera struttura, ma garantisce un maggiore rendimento anche in giornate con scarso irraggiamento solare.