Potenza nominale e condizioni di prova standard (STC)
Le prestazioni di un modulo fotovoltaico vengono generalmente misurate in Condizioni di Test Standard (STC), definite dalla norma IEC 60904-1:
- Irraggiamento di 1000 W/m² (luce solare ottimale)
- Temperatura del modulo a 25°C
- Spettro luminoso standardizzato (IEC 60904-3)
I moduli bifacciali, che catturano la luce su entrambi i lati, possono migliorare la produzione attraverso la riflessione del terreno (albedo). PVGIS non modella ancora questi moduli, ma un approccio consiste nell'utilizzare BNPI (Bifacial Nameplate Irradiance), definito come: P_BNPI = P_STC * (1 + φ * 0,135), dove φ è il fattore di bifaccialità.
Limitazioni dei moduli bifacciali: Non adatto per installazioni integrate nell'edificio in cui la parte posteriore del modulo è ostruita. Prestazioni variabili a seconda dell'orientamento (es. asse Nord-Sud con esposizione Est-Ovest).
Stima della potenza effettiva dei moduli fotovoltaici
Le condizioni operative effettive dei pannelli fotovoltaici differiscono dalle condizioni standard (STC), che influiscono sulla potenza in uscita. PVGIS.COM applica diverse correzioni per incorporare queste variabili.
1. Riflessione e angolo di incidenza della luce
Quando la luce colpisce un modulo fotovoltaico, una parte viene riflessa senza essere convertita in energia elettrica. Quanto più acuto è l'angolo di incidenza, tanto maggiore è la perdita.
- Impatto sulla produzione: In media, questo effetto provoca una perdita dal 2 al 4%, ridotta per i sistemi ad inseguimento solare.
2. Effetto dello spettro solare sull'efficienza del fotovoltaico
I pannelli solari sono sensibili a determinate lunghezze d'onda dello spettro luminoso, che variano a seconda della tecnologia fotovoltaica:
- Silicio cristallino (c-Si): sensibile alla luce infrarossa e visibile
- CdTe, CIGS, a-Si: sensibilità diversa, con una risposta ridotta nell'infrarosso
Fattori che influenzano lo spettro: La luce del mattino e della sera è più rossa.
Le giornate nuvolose aumentano la percentuale di luce blu. L'effetto spettrale influenza direttamente la potenza fotovoltaica. PVGIS.COM utilizza i dati satellitari per correggere queste variazioni e integra queste correzioni nei suoi calcoli.
Dipendenza della potenza fotovoltaica dall'irraggiamento e dalla temperatura
Temperatura ed efficienza
L'efficienza dei pannelli fotovoltaici diminuisce con la temperatura del modulo, a seconda della tecnologia:
Ad alto irraggiamento (>1000 W/m²), la temperatura del modulo aumenta: perdita di efficienza
A basso irraggiamento (<400 W/m²), l'efficienza varia a seconda del tipo di cella fotovoltaica
Modellazione dentro PVGIS.COM
PVGIS.COM regola la potenza fotovoltaica in base all'irraggiamento (G) e alla temperatura del modulo (Tm) utilizzando un modello matematico (Huld et al., 2011):
P = (Sol/1000) * A * eff(Sol, Tm)
I coefficienti specifici di ciascuna tecnologia fotovoltaica (c-Si, CdTe, CIGS) sono derivati da misurazioni sperimentali e applicati a PVGIS.COM simulazioni.
Modellazione della temperatura dei moduli fotovoltaici
- Fattori che influenzano la temperatura del modulo (Tm)
- Temperatura dell'aria ambiente (Ta)
- Irraggiamento solare (G)
- Ventilazione (W) – Il forte vento raffredda il modulo
-
Modello di temperatura in PVGIS (Faiman, 2008):
Tm = Ta + G / (U0 + U1W)
I coefficienti U0 e U1 variano a seconda del tipo di installazione:
| Tecnologia fotovoltaica | Installazione | U0 (W/°C-m²) | U1 (Ws/°C-m³) |
|---|---|---|---|
| c-Si | Indipendente | 26.9 | 26.9 |
| c-Si | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
| CIGS | Indipendente | 22.64 | 22.64 |
| CIGS | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
| CdTe | Indipendente | 23.37 | 23.37 |
| CdTe | BIPV/BAPV | 20.0 | 20.0 |
Perdite di sistema e invecchiamento dei moduli fotovoltaici
Tutti i calcoli precedenti forniscono la potenza a livello di modulo, ma è necessario considerare altre perdite:
- Perdite di conversione (inverter)
- Perdite di cablaggio
- Differenze di potenza tra i moduli
- Invecchiamento dei pannelli fotovoltaici
Secondo lo studio di Jordan & Kurtz (2013), i pannelli fotovoltaici perdono in media lo 0,5% di potenza all’anno. Dopo 20 anni, la loro potenza è ridotta al 90% del loro valore iniziale.
- PVGIS.COM consiglia di inserire una perdita di sistema iniziale del 3% per il primo anno per tenere conto del degrado del sistema, quindi dello 0,5% all'anno.
Altri fattori non considerati PVGIS
Alcuni effetti influenzano la produzione fotovoltaica ma non sono inclusi PVGIS:
- Neve sui pannelli: Riduce drasticamente la produzione. Dipende dalla frequenza e dalla durata delle nevicate.
- Accumulo di polvere e sporco: Diminuisce la potenza fotovoltaica in base alla pulizia e alle precipitazioni.
- Ombreggiatura parziale: Ha un forte impatto se un modulo è in ombra. Questo effetto deve essere gestito durante l'installazione del fotovoltaico.
Conclusione
Grazie ai progressi nella modellazione fotovoltaica e nei dati satellitari, PVGIS.COM consente una stima precisa della potenza di uscita dei moduli fotovoltaici tenendo conto degli effetti ambientali e tecnologici.
Perché usare PVGIS.COM?
Modellazione avanzata dell'irraggiamento e della temperatura del modulo
Correzioni basate su dati climatici e spettrali
Stima affidabile delle perdite del sistema e dell'invecchiamento dei pannelli
Ottimizzazione della produzione solare per ciascuna regione