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Moduli fotovoltaici: il cuore dell'impianto

Esempio di campo fotovoltaico installato su tetto piano

Campo fotovoltaico installato su tetto piano.

I moduli fotovoltaici oggi più comuni sono costituiti da 48-72 celle in serie, che permettono l’accoppiamento con gli accumulatori da 12 Vcc nominali. Per ottenere i pannelli fotovoltaici, le celle vengono collegate e saldate tra loro mediante terminali sui contatti anteriori e posteriori (in sequenza N-P-N-P-N...) in modo da formare le stringhe.

Si realizza quindi un sandwich avente come parte centrale il piano della cella fotovoltaica e intorno, andando dall’esterno verso l’interno, una lastra di vetro dotata di ottima trasmittanza e buona resistenza meccanica, seguita da un foglio sigillante di EVA (acetato vinil-etilenico) che permette l’isolamento dielettrico dell’adiacente piano delle celle, seguito posteriormente da un secondo foglio di EVA e da un’altra lastra di vetro o un rivestimento isolante in tedlar.
Il sandwich è quindi scaldato in un forno a circa 100°C, temperatura alla quale i componenti si sigillano tra loro, l’EVA passa da traslucido a trasparente e si elimina l’aria residua interna, che potrebbe provocare corrosione a causa del vapor acqueo presente.
Si fissa infine il sandwich così trattato in una cornice d’alluminio estruso anodizzato (per resistere alla corrosione) e si dispone la cassetta di giunzione. 

 
ALCUNE DEFINIZIONI

STC (Standard Test Conditions)
G incidente = 1.000 W/mq
T moduli = 25°C
Spettro = 1,5 AM
Vento = 0 m/s

NOCT (Nominal Operating Cell Temperature)
G incidente = 800 W/mq
T aria = 20°C
Vento = 1 m/s
NOCT tipico = 45 - 50°C


ESEMPIO:
Tipo di modulo Pnom. [Wp] Impp [A] Icc [A] Vmpp [V] Vo [V]
Sharp ND-L3E6E  123  7,16  8,12  17,2  21,3
 Sharp NE-L5E2E  125  4,80  5,46  26,0  32,3
 Sharp NE-Q5E2E  165  4,77  4,46  34,6  43,1
 Sharp NT-R5E2E  175  4,95  5,55  35,4  44,4


ENERGIA GRIGIA = E’ la quantità di energia necessaria al ciclo completo di fabbricazione di un modulo (estrazione materie prime, trasporto, lavorazione).

TEMPO DI RECUPERO ENERGETICO = E’ il tempo necessario al modulo fotovoltaico per produrre una quantità di energia solare uguale alla propria energia grigia.

FATTORE DI RECUPERO ENERGETICO = E’ il rapporto tra la durata di vita di un modulo fotovoltaico e il suo tempo di recupero energetico (oppure tra Etot ed Egrigia). 

CONFRONTO TRA DIVERSI TIPI DI MODULI
  Unità Siicio monocristallino Silicio multicristallino Silicio amorfo
Energia grigia kWh/Wp 5-8  3,5 - 7 2,5 - 4
Tempo di recupero energetico anni 3,9 - 6,6 2,9 - 5,8 2,1 - 3,3
Fattore di rimborso energetico - 3,7 - 6,4 4,3 - 8,6 7,5 - 126

 

Ipotesi: produzione specifica annua = 1.200 [kWh/kWp]; durata di vita 25 anni; senza considerare il tipo di applicazione.

Nella sua vita, un modulo fotovoltaico produce da 4 a 10 volte più energia solare dell'energia che è stata necessaria per fabbricarlo.

Solo i sistemi energetici che utilizzano le fonti rinnovabili hanno un fattore di rimborso energetico superiore a 1.

Il campo fotovoltaico

Esempio di campo fotovoltaico

Il campo fotovoltaico é costituito da un insieme di moduli fotovoltaici collegati in serie e in parallelo tra di loro.

Collegando in serie i moduli:
La corrente totale del modulo si “adegua” a quella del modulo che genera meno corrente, mentre la tensione globale è data dalla somma della tensione dei singoli moduli fotovoltaici. Un insieme di pannelli solari fotovoltaici collegati in serie costituisce la cosiddetta “stringa”.

Mettendo in parallelo più stringhe di moduli:
La corrente totale del campo fotovoltaico è data dalla somma della corrente in uscita da ogni stringa. La tensione globale del sistema fotovoltaico è invece equivalente alla tensione generata da una singola stringa.

La potenza nominale totale dell’impianto fotovoltaico è pari alla somma della potenza nominale di ogni singolo modulo.

Effetti delle ombre
La riduzione della potenza erogata causata da un ombreggiamento parziale del campo fotovoltaico può essere non proporzionale alla porzione di superficie in ombra, ma molto superiore.
Occorre prestare quindi molta attenzione ai collegamenti: se, ad esempio, di fronte al campo fotovoltaico si ha un palo, bisognerà fare in modo che l’effetto dell’ombra si senta su una sola stringa e non vada ad intercettare più serie di pannelli fotovoltaici, compromettendo quindi il corretto funzionamento di tutto l’impianto.
E’ come se si stringesse con una mano una canna entro cui scorre dell’acqua, impedendo alla stessa di fluire. Analogamente avviene con le cariche generate dalle celle fotovoltaiche dei diversi moduli fotovoltaici: se un’ombra appare su un modulo, gli elettroni provenienti dai moduli esposti al sole “trovano la strada bloccata” e non possono arrivare “a destinazione”.