Errori di progettazione ingegneristica negli impianti fotovoltaici che possono ridurre la produzione di energia del 20–40%

Le prestazioni di un impianto fotovoltaico dipendono non soltanto dalla qualità dei moduli solari, ma soprattutto dalla qualità della progettazione tecnica. Errori nella valutazione dell'ombreggiamento, nella scelta dell'inclinazione dei pannelli, nel dimensionamento degli inverter o nella progettazione dell'impianto elettrico possono ridurre la produzione annua di energia del 20–40%, aumentare il costo livellato dell'energia (LCOE) e allungare il periodo di ritorno dell'investimento. Numerosi studi internazionali dimostrano che le decisioni prese durante la fase progettuale influenzano l'intero ciclo di vita dell'impianto. Helio Solar realizza progettazione, fornitura, installazione e manutenzione di impianti fotovoltaici per applicazioni industriali, commerciali e residenziali in Kazakistan. Maggiori informazioni sono disponibili nella pagina aziendale di Helio Solar su Mytrade.kz.

Perché la progettazione determina le prestazioni dell'impianto

Secondo il National Renewable Energy Laboratory (NREL), gli errori di progettazione hanno un impatto molto superiore rispetto alla naturale degradazione dei moduli fotovoltaici. I pannelli moderni perdono mediamente soltanto lo 0,3–0,6% della propria potenza ogni anno, mentre una progettazione errata può causare perdite superiori al 20% già dal primo anno di esercizio.

Le ricerche pubblicate da IEA PVPS e Fraunhofer ISE evidenziano inoltre che oltre l'80% delle prestazioni di lungo periodo di un impianto fotovoltaico viene determinato prima dell'inizio della costruzione grazie alla qualità dell'ingegneria.

Alcuni esempi di progetti realizzati sono disponibili nei video Reels di Helio Solar.

Gli errori di progettazione che riducono maggiormente la produzione

Valutazione non corretta della risorsa solare

Uno degli errori più frequenti consiste nell'utilizzare dati climatici generici senza analizzare le condizioni reali del sito. I progetti professionali utilizzano banche dati come NASA SSE, PVGIS, Meteonorm e Solargis per analizzare irraggiamento solare, temperatura, copertura nuvolosa e dati meteorologici di lungo periodo.

Le simulazioni effettuate con PVsyst dimostrano che un errore del 5% nella valutazione dell'irraggiamento comporta generalmente una variazione analoga nella previsione della produzione annua.

Analisi insufficiente dell'ombreggiamento

Le ombre generate da edifici, alberi o altre strutture possono compromettere il rendimento di un'intera stringa fotovoltaica. Le ricerche del NREL dimostrano che l'ombreggiamento di circa il 10% di alcuni moduli può ridurre la produzione della stringa del 30–50%, a seconda della configurazione elettrica.

Per questo motivo la progettazione professionale prevede simulazioni tridimensionali dell'ombreggiamento durante tutte le stagioni dell'anno.

Errori nell'orientamento e nell'inclinazione dei moduli

Non esiste un angolo di inclinazione valido per tutte le regioni del Kazakistan. Gli ingegneri valutano diversi parametri, tra cui:

• latitudine geografica;
• profilo stagionale dei consumi elettrici;
• carichi di neve;
• carichi del vento;
• produzione estiva e invernale;
• caratteristiche strutturali della copertura.

Secondo IEA PVPS, uno scostamento di soli 10–15° rispetto all'inclinazione ottimale può ridurre la produzione annua del 2–6%, mentre un orientamento errato dei moduli può comportare perdite fino al 15%.

Le soluzioni disponibili possono essere consultate negli annunci di Helio Solar.

Errori nella scelta degli inverter e nella progettazione elettrica

L'inverter rappresenta il componente principale di un impianto fotovoltaico connesso alla rete. Un rapporto DC/AC non corretto, calcoli elettrici imprecisi o una configurazione errata degli MPPT possono compromettere significativamente la produzione di energia.

Secondo Fraunhofer ISE, un dimensionamento errato del rapporto DC/AC può determinare perdite aggiuntive comprese tra l'8% e il 12% della produzione annuale.

Durante la progettazione vengono analizzati in particolare:

1. rapporto di potenza DC/AC;
2. intervalli di tensione operativa;
3. correnti delle stringhe;
4. coefficienti di temperatura;
5. profili stagionali di produzione;
6. possibilità di ampliamento futuro dell'impianto.

L'importanza dell'analisi termica e della ventilazione

Uno degli aspetti più sottovalutati nella progettazione di un impianto fotovoltaico è il comportamento termico dei moduli. All'aumentare della temperatura di esercizio diminuisce infatti la potenza prodotta. Nei moderni moduli in silicio cristallino il coefficiente di temperatura è generalmente compreso tra −0,30% e −0,45% per ogni grado Celsius oltre le condizioni standard di prova (25 °C).

Le ricerche del Fraunhofer ISE mostrano che durante il periodo estivo la temperatura superficiale dei moduli può raggiungere 60–75 °C. Se il progetto non prevede una ventilazione adeguata sul lato posteriore dei pannelli, le perdite aggiuntive di produzione possono aumentare dell'8–15%.

Durante la progettazione vengono valutati:

1. distanza tra moduli e copertura;
2. circolazione naturale dell'aria;
3. materiale e colore del tetto;
4. temperature medie locali;
5. condizioni del vento;
6. posizionamento ottimale degli inverter.

Perdite da mismatch e configurazione non corretta delle stringhe

Anche moduli appartenenti allo stesso lotto produttivo presentano piccole differenze elettriche. Se i moduli non vengono correttamente raggruppati oppure distribuiti in modo non ottimale sugli ingressi MPPT, si verificano le cosiddette perdite per mismatch.

Secondo gli studi del NREL e le simulazioni realizzate con PVsyst, tali perdite sono normalmente comprese tra l'1% e il 3%, ma possono raggiungere l'8–10% in presenza di configurazioni errate delle stringhe o di ombreggiamenti parziali.

La simulazione avanzata riduce significativamente i rischi tecnici

La progettazione moderna degli impianti fotovoltaici richiede molto più della semplice scelta delle apparecchiature. Gli ingegneri utilizzano software professionali come PVsyst, Helioscope, AutoCAD Electrical, Meteonorm e Solargis per simulare il comportamento dell'impianto durante decenni di funzionamento.

Secondo l'International Renewable Energy Agency (IRENA), un'analisi ingegneristica completa consente di ridurre le perdite tecniche complessive del 10–25% rispetto ai progetti sviluppati con metodologie semplificate.

Durante la progettazione vengono analizzati congiuntamente dati climatici storici, profili di consumo elettrico, carichi di neve e vento, perdite nei cavi, modelli di degradazione delle apparecchiature, requisiti di connessione alla rete e possibilità di futuri ampliamenti.

Ulteriori esempi pratici sono disponibili nella sezione tutti i Reels di Mytrade.kz.

Una progettazione accurata determina la redditività dell'investimento per decenni

Sebbene la tecnologia fotovoltaica continui a evolversi, la qualità dell'ingegneria rimane il principale fattore che determina la redditività di un impianto. Calcoli accurati, un'attenta analisi del sito e una progettazione ottimizzata permettono di aumentare la produzione di energia, ridurre il LCOE, abbreviare il periodo di ritorno dell'investimento e garantire un funzionamento affidabile nel lungo periodo.

Helio Solar sviluppa impianti fotovoltaici per clienti industriali, commerciali e residenziali in Kazakistan secondo metodologie ingegneristiche riconosciute a livello internazionale. Altri contenuti tecnici sono disponibili nella sezione notizie e articoli tecnici di Helio Solar.

Si consiglia inoltre di leggere il precedente approfondimento dedicato al calcolo del tempo di ritorno dell'investimento, del LCOE, del ROI e del costo reale dell'energia fotovoltaica.

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