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Ombreggiamenti sugli impianti fotovoltaici

Impianti fotovoltaici e gli ombreggiamenti

Come è noto, la progettazione e realizzazione di un impianto fotovoltaico, a qualsiasi livello, è un’operazione che va pianificata, alla base della quale ci sono numerosi calcoli e valutazioni da fare.

Per ottenere infatti un sistema equilibrato e capace di produrre la massima energia possibile per un determinato ambiente, è necessario considerare  la presenza di zone dell'impianto in ombra, che possono penalizzare la resa complessiva.

Di fatto, gli ombreggiamenti possono portare a riduzioni notevoli della resa dell'impianto. Da qui, la necessità di studiare a fondo l’andamento e il percorso che le possibili ombre seguono nel corso della giornata, dei mesi e delle stagioni.

Per strutturare un impianto fotovoltaico che possa offrire il massimo ai propri utenti occorre quindi posizionare l'impianto anche secondo lo studio degli ombreggiamenti. Le tecniche di calcolo sviluppate sino ad oggi consentono comunque di prevedere e calcolare con precisione lo sviluppo degli ombreggiamenti. Più complesso, invece, risulta il calcolo sull’effettivo rendimento dell’impianto al passaggio delle ombre, dato che per ottenere valori verosimili, è necessario applicare formule che comprendono numerose variabili.

Per la valutazione della resa dell'impianto infatti, devono essere presi in esame differenti parametri: dalla posizione dei moduli fotovoltaici, alla geometria della copertura, senza dimenticare il collegamento tra le stringhe e i diodi di by-pass.

A parte gli ombreggiamenti cosiddetti clinometrici, derivanti cioè dalla presenza di montagne, colline o altri ostacoli relativamente lontani, per il calcolo dell'andamento delle ombre, è di primaria importanza la verifica di eventuali ostacoli più vicini all'impianto, come per esempio altri edifici circostanti o oggetti ravvicinati, come alberi, antenne e comignoli.

Questo studio facilita l'individuazione delle aree più idonee per il posizionamento dei moduli fotovoltaici, in modo da massimizzare il rendimento dell’impianto stesso, definendo il rapporto tra potenza installabile e resa specifica.

diagramma_solare_per_impianti_fotovoltaici

La presenza di eventuali zone d’ombra impatta sulla ricezione dei fotoni solari e sulla conseguente potenza erogata  dall’impianto. Un primo aspetto riguarda la parte relativa ai generatori fotovoltaici. Ciascuno di essi possiede caratteristiche proprie e ha un punto di lavoro individuale, definito come MPP o Maximum Power Point.

Con MPP si intende il punto di funzionamento di un generatore fotovoltaico entro il quale è possibile raggiungere la massima potenza erogabile. Le celle fotovoltaiche hanno infatti un unico punto operativo dove i valori di corrente e di tensione permettono di raggiungere la potenza massima. Questo punto varia in modo continuo perché dipende da molti fattori, come per esempio la temperatura operativa del sistema (NOCT ---Leggi di più---), oppure l’irraggiamento in un dato momento.

In questa situazione, se alcuni moduli fotovoltaici subiscono un ombreggiamento parziale, si ottiene una modifica sostanziale all’interno del generatore, che raggiungere differenti punti di lavoro, con modifiche della resa.

Un secondo aspetto riguarda l’adozione di inverter fotovoltaico con inseguitore MPP. L’inseguitore MPP, o tracker MPP, è un dispositivo capace di leggere tensione e corrente del generatore fotovoltaico e di pilotare questi parametri per farlo funzionare al suo punto di massima potenza (MPP). Questo sistema, infatti, è progettato per assicurare condizioni di lavoro costanti al generatore FV, per sfruttare al meglio la potenza disponibile in funzione dell’irraggiamento reale. In caso di ombreggiamento dei moduli FV, l’attività dell’inverter diventa essenziale. È proprio questo componente a dover “decidere” quale punto di lavoro (MPP globale o locale) adottare per far funzionare il generatore.

Diagramma_solare_per_impianti_fotovoltaici_2

E' possibile selezionare componenti in grado di far lavorare il generatore fotovoltaico per facilitare la ricerca del punto di lavoro con la massima potenza, da parte dell’inverter.

Se l’impianto da realizzare è soggetto a ombreggiature parziali periodiche, è opportuno progettarlo facendo attenzione a molti dettagli, che possono ridurre al minimo la perdita di efficienza dovuta alle ombre. Per prima cosa è opportuno selezionare con attenzione le aree del tetto dove integrare i pannelli, verificando l’assenza di ombreggiamenti permanenti, soprattutto nei momenti di massimo irraggiamento, come per esempio, a mezzogiorno oppure nella stagione estiva.  

In secondo luogo è importante fare attenzione alla tipologia di interconnessione dell’impianto, dettaglio che può influire notevolmente sul rendimento energetico generale. Infatti, l’evoluzione delle ombre determina il numero di pannelli fotovoltaici che subiscono ombreggiamento. 

Se il sistema è soggetto a ombreggiamento di singoli moduli è possibile distribuire uniformemente l’ombra sulle diverse stringhe. In questi casi la tensione MPP (Maximum Power Point) si troverà vicino a quella nominale e non sono richiesti controlli o monitoraggi addizionali. Se invece il fenomeno delle ombre risulta più intenso, può risultare adeguato gestire in modo separato i moduli FV ombreggiati e quelli non ombreggiati.

È consigliata la configurazione con inseguitore MPP separato per ogni stringa, invece di un collegamento in parallelo, adottando singoli inverter o dispositivi multi-string. Inoltre è opportuno aggregare gli elementi con irraggiamento simile.

Infine opportuno porre particolare attenzione alla scelta degli inverter, componenti che influenzano l’andamento delle perdite dovute a ombreggiamento. Utilizzando, infatti, più inverter a singola stringa o distribuendo le stringhe, su un inverter multistringa, si possono raggiungere ottimi risultati, con una resa prossima a quella ottimale. Servono inoltre inverter capaci di riconoscere più punti di lavoro MPP e in grado di gestire un’ampia gamma di tensioni in ingresso.

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