Il calcolo della produzione da fotovoltaico

Decidere di realizzare un impianto fotovoltaico, specie se utilizzato per l’ auto-produzione e l’autoconsumo di energia pulita, comporta il saper calcolare con maggiore precisione possibile l’energia che il proprio impianto fotovoltaico potrà produrre. Il calcolo della produzione del fotovoltaico è fondamentale anche per garantirsi l’ottimale rientro economico dall’investimento perchè, in base a quanto produrrà l’impianto, si avrà una stima realistica di quanto sarà possibile risparmiare in bolletta.

Il risparmio in bolletta avviene, infatti, proprio in relazione alla quantità di autoconsumo fotovoltaico e si calcola che, mediamente, il kilowattora elettrico costa in bolletta tra i 20 ed i 30 centesimi di euro.

Quanta elettricità produce il fotovoltaico in Italia?

Quando si parla di calcolo della produzione da fotovoltaico, com’è ovvio, si parla sempre di stime, di medie su base annuale e su base territoriale: un impianto fotovoltaico installato a Milano, in un anno produrrà meno di un impianto di uguali caratteristiche realizzato in Sicilia. Su base annuale si avranno in ogni caso significative differenze di produzione nelle quattro stagioni dell’anno.

Ecco quanto produce, mediamente in Italia, ogni kWp (KiloWatt “di picco”) di fotovoltaico installato:

Si tratta, com’è ovvio, di stime e medie annuali, con una varianza stagionale e giornaliera anche molto elevata e con un calo fisiologico di rendimento dovuto all’obsolescenza dei pannelli sui 25 anni (perdite di produzione comunque inferiori all’1% l’anno).

Una cosa che non tutti sanno, inoltre, è che l’eccessivo calore compromette fortemente la produzione elettrica delle celle fotovoltaiche. Per questo motivo una installazione situata in luoghi eccessivamente caldi (e assolati) può a volte produrre meno energia elettrica di un’altra situata in luoghi a latitudini maggiori (magari con meno ore di luce) ma più freschi. La produzione dei moduli fotovoltaici dipende anche, in ogni caso, dalla loro temperatura di funzionamento. La giusta areazione, che influenza la temperatura di funzionamento, è quindi un altro dei fattori importanti per stimare il rendimento di una installazione fotovoltaica.

Come si fa il calcolo della produzione di un impianto fotovoltaico ?

La tabella sopra indica i valori medi per l’Italia. Già con questi valori è possibile stimare a grandi linee costi e, soprattutto, benefici dell’impianto. Per stime più accurate, come vedremo, esistono dei simulatori online attendibili che si basano su database che raccolgono i dati di produzione a livello europeo.

Per fare un calcolo attendibile della produzione di un impianto solare, stimato con il maggior grado di attendibilità possibile, i fattori da tenere in considerazione sono in ogni caso molteplici e non basta affidarsi esclusivamente ad un simulatore online: si va dal posizionamento dei pannelli, alla loro inclinazione ed orientamento, alla presenza di ombreggiamenti “passeggeri” durante la giornata, fino alla qualità dei moduli fotovoltaici utilizzati, all’efficienza dell’inverter fino, ancora, al livello di pulizia e manutenzione del campo fotovoltaico.

Considerando alcune condizioni “standard” di funzionamento dell’impianto è comunque possibile fare un approssimativo calcolo della produzione del fotovoltaico: in genere queste “condizioni standard”, chiamate anche STC (Standard Test Condition) di funzionamento prevedono: orientamento dei pannelli a sud, inclinazione di (circa) 35 gradi, irraggiamento solare pari a 1.000 Watt/mq e temperatura modulo fv di 25 gradi centigradi.

Vediamo in maniera un po più dettagliata.

Gli elementi determinanti per calcolare la produzione dell’ impianto solare

Ecco una lista, non esaustiva ma significativa, degli elementi utili al calcolo della produzione. Li distinguiamo tra fattori “esterni” e fattori “interni” al sistema. I primi rappresentano il contesto di installazione, i secondi sono invece “intrinseci” agli apparecchi stessi che compongono il sistema fotovoltaico.

Fattori “esterni”

Tra i fattori “esterni” ci sono:

• latitudine di installazione;
• inclinazione: per ogni latitudine c’è una inclinazione ottimale dei pannelli per inseguire la “perpendicolarità” dei raggi del sole. In Italia l’inclinazione ottimale è di circa 30°, un po’ di più al nord, un po’ di meno al sud. Più si sale di latitudine più i pannelli saranno posizionati “in verticale”. più si scende verso l’equatore più l’inclinazione ottimale sarà orizzontale.
  L’inclinazione ottimale è quella che cambia in base alle stagioni dell’anno (si pensi agli impianti solari con sistemi ad inseguimento).
• orientamento: l’ottimale è ovviamente verso sud. Ma sono accettabili anche orientamenti tra est ed ovest. Per esempio un modulo fotovoltaico rivolto a sud-est o sud-ovest perderà circa il 5% della produzione. Un modulo fotovoltaico rivolto a est o a ovest perderà circa il 18% della produzione;
• temperature medie di funzionamento: il pannello fotovoltaico diminuisce le sue performance all’aumentare della temperatura di funzionamento.
  Ciò che permette una “misura” delle perdite della produzione in funzione della temperatura è il calcolo del coefficiente di temperatura. Ogni laboratorio di produzione comunica il coefficiente di temperatura nella scheda tecnica di prodotto. La temperatura ottimale di funzionamento è in genere di circa 25°C;
• pulizia: la presenza di polvere, terra o sporcizia può diminuire sensibilmente  la produzione del fotovoltaico;
• ombreggiamenti: le ombre passeggere, anche se toccano parte dei pannelli, possono influire negativamente sulla produzione dell’intero sistema fotovoltaico; per ovviare a questo inconveniente, a volte inevitabile, si utilizzano dei micro-inverter, piccoli inverter collegati ad ogni pannello che forniscono energia al sistema in maniera indipendente dagli altri pannelli. Con i classici inverter di stringa, infatti, ogni inverter è collegato a più pannelli (un “stringa”) e se un pannello viene compromesso danneggia il rendimento dell’intera stringa;
• il livello di irradiazione solare media dell’area in cui viene installato l’impianto. La Sicilia ha notoriamente un livello di irraggiamento solare medio maggiore della Lombardia.

Fattori “interni”

Tra i fattori “interni”, potremmo definirli fattori “di prodotto”, ci sono le perdite di sistema, perdite di produzione influenzate in parte dalla qualità dei prodotti, in parte dalle condizioni di funzionamento, in parte dall’anzianità del sistema:

• perdite dovute all’inverter (circa l’8% dell’energia in uscita dai pannelli)
• perdite dovute ai componenti elettrici (circa 2%)
• perdite dovute al collegamento in serie di più pannelli (il cd. “mismatching”, circa 3% dell’energia nominale prodotta collegando tutti i pannelli)
• calo della produzione dovuto all’invecchiamento dei moduli fotovoltaici: circa 0,75% l’anno. Utilizzando questo coefficiente i produttori dei pannelli fotovoltaici garantiscono in genere una produzione minima dichiarata sui 10, 20 o 25 anni.
  Le garanzie sono in genere due: garanzia di produzione e garanzia sui difetti di fabbricazione.

Questi sono i principali fattori da tenere in considerazione per il calcolo della produzione del fotovoltaico.

Calcolo produzione fotovoltaico : simulatore ufficiale on line

Ovviamente, per facilitare il tutto e per avere delle cifre di massima, anzi “di minima“, sulla produzione del tuo impianto fotovoltaico vengono in soccorso numerosi simulatori reperibili facilmente in rete o utilizzabili direttamente online.

Un simulatore permette, inserendo alcuni dati sull’installazione dell’impianto, di effettuare un veloce calcolo della produzione media che il mio impianto fotovoltaico potrà avere negli anni. Sono ovviamente delle stime. Sono stime realistiche, però, perchè si basano su dati e tabelle attendibili, basati ovviamtne su dati empirici, contenenti i dati di irraggiamento e di produttività per tipo di pannello fotovoltaico, per tipo e per zona di installazione.

Il simulatore per eccellenza è il PVGIS, un simulatore, con mappa interattiva, curato dall’ ESTI, European Solar Test Installation, laboratorio e centro di ricerca della Commissione Europea sul fotovoltaico.

Il simulatore PVGIS restituisce, secondo diversi installatori e progettisti, cifre di produzione da fotovoltaico minori rispetto ai reali dati di produzione registrati empiricamente. Il simulatore PVGIS è quindi un buon indicatore dell’energia “minima” producibile dagli impianti fotovoltaici ed è utilizzato per formulare piani di rientro economico attendibili.

Per il calcolo della produzione da fotovoltaico il simulatore attinge a diversi database che incrociano dati di irradiazione solare con dati di installazione ed altri tipi.
Il PVGIS utilizza i seguenti dati di input.

• Località di installazione (da poco aggiornato anche all’area asiatica oltre a quella europea)
• Tipo di modulo fotovoltaico (Silicio cristallino, CIS, CdTe, film sottile). Ricordiamo che il film sottile, per esempio, è una tecnologia che ha bisogno di superfici maggiori, ma è in grado di produrre energia anche in condizioni di luce diffusa (non diretta, come è per i classici pannelli in silicio cristallino). I moduli a film sottile producono bene in condizioni di scarsa luminosità o con orientamento e inclinazione non ottimali.
• Potenza dell’impianto, espresso in Kwp (kilowattpicco)
• Perdite di sistema stimate, in genere intorno al 14% in totale
• Tipo di installazione (a terra o su edificio)
• Inclinazione (in gradi) e orientamento (nord-sud) dei pannelli fotovoltaici

Inserendo questi dati nel simulatore è possibile fare il calcolo della produzione del fotovoltaico  da installare sul proprio tetto.

Sulla base di queste stime è possibile calcolare il piano di ammortamento del proprio impianto in relazione al tipo di contratto stipulato col Gestore elettrico per il ritiro dell’energia in surplus ed al tipo di utilizzo dell’energia prodotta (autoconsumo, cessione in rete o stoccaggio in batterie di accumulo).

Come è fatto il calcolatore PVGIS per la stima della produzione del fotovoltaico

Simulatore PVGIS per il calcolo della produzione da fotovoltaico. Fonte: re.jrc.ec.europa.eu/pvgis

Video: chi è l’European Solar Test Installation (Esti)

Fonte: Esti, European Solar Test Installation, pvgis