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Monocristallini o policristallini? Cosa sono le tecnologie anti PID e anti LID? Quali fattori influiscono sulle prestazioni nel tempo?
Nella valutazione di un impianto fotovoltaico si considera sempre la potenza nominale dei moduli espressa in kWp, ma è molto importante considerare anche altre caratteristiche meno evidenti ma altrettanto importanti, che approfondiremo in questo articolo.
La scelta del pannello fotovoltaico, elemento principale dell’impianto, diventa quindi cruciale: infatti, nonostante le apparenze, non tutti i moduli sono uguali ed esistono sostanziali differenze tra le varie marche e tecnologie, in termini di potenza, efficienza, costi e performance nel tempo. Più alti saranno i livelli di produzione energetica, maggiori saranno i ritorni in termini di convenienza e prestazioni negli anni.
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Cosa bisogna considerare quando si sceglie il modulo FV
Policristallino o monocristallino?
La prima importante differenza tra i vari tipi di moduli riguarda la natura delle celle, che possono essere policristalline o monocristalline. Diciamo subito che la principale differenza tra le due tipologie è che, a parità di superficie, la monocristallina è più efficiente e produce di più (fino al 19% di efficienza contro il 13-15% circa dei policristallini). Soprattutto in caso di spazio a disposizione ridotto, si può decidere di optare per i moduli monocristallini. Altrimenti si può ottenere la stessa potenza con una superficie maggiore risparmiando qualcosa sul prezzo di acquisto.
La cella fotovoltaica è l’elemento base del modulo. In genere i moduli più diffusi contengono 60 celle interconnesse tra loro, contenute in uno strato di vetro e altri materiali.
Le celle monocristalline sono realizzate in silicio monocristallino (diffusissimo negli apparecchi elettronici), con i cristalli orientati nella stessa direzione. Hanno un colore nero o blu scuro e sono quadrate con angoli smussati (o ottagonali). In genere è più costosa per il pregio del materiale usato e il processo di lavorazione più complesso.
Le celle policristalline, quadrate e di colore blu, sono formate a partire dal silicio policristallino, meno pregiato e con cristalli disallineati.
Generalmente, le celle monocristalline rendono meglio a temperature più basse, con intensità solare minore e con inclinazione dei raggi il più possibile perpendicolare.
Il policristallino in genere rende meglio nel tempo alle alte temperature o in condizioni di irradiazione variabili e ha costi più contenuti.
Infine, i pannelli monocristallini sono disponibili sul mercato con potenze più elevate per singolo modulo, arrivando fino a 350 WP ed oltre.
Va detto in ogni caso che per la scelta del modulo adatto è bene affidarsi a un consulente competente che sia in grado di valutare tutte le variabili in gioco durante l’anno, rispetto alla posizione geografica e all’utilizzo specifico dell’impianto.
Di fatto, però, sono altri i fattori da considerare, ossia il tipo di materiali utilizzati e le tecnologie incorporate nei moduli, che sono il campo su cui oggi si gioca la partita più importante tra i vari produttori.
Tecnologia anti PID
Il PID (Potential Induced Degradation) è un fenomeno di degrado e perdita di potenza dei moduli. È molto complesso, dipende in gran parte dalla tipologia di contatto tra le celle e il resto del modulo ma aumenta notevolmente in relazione all’umidità, alle alte temperature e soprattutto agli elevati livelli di tensione.
È quindi sempre importante affidarsi a moduli di qualità certificata e non soggetti a PID.
Nelle schede tecniche di tutti i moduli offerti da Efficasa, come LG Neon, Panasonic, QCells, è chiaramente indicato che si tratta di prodotti “PID free” e questo la dice lunga sulla loro capacità di mantenere l’efficienza nel tempo.
Tecnologia anti LID
Una delle sfide principali consiste nel contrastare quei fenomeni che possono ridurre le prestazioni dei moduli fotovoltaici. Una di queste è l’effetto LID (Light Induced Degradation), ossia la degradazione indotta nelle celle dalla luce solare. Infatti, l’esposizione costante alla luce riduce progressivamente la potenza dei pannelli e questo effetto è più evidente nel primo anno, tendendo poi a stabilizzarsi nel tempo.
L’Anti-LID è una tecnologia che, sfruttando le proprietà chimiche conseguenti alla combinazione di determinati materiali, contribuisce a ridurre questo fenomeno, fino all’80%.
LG e Hanwha QCells sono all’avanguardia in questo settore. QCells per esempio vanta nella sua gamma i moduli monocristallini Q.Peak con tecnologia Quantum e Anti-LID, con risultati eccellenti: nei moduli Q.Peak-G4.1 questo problema viene ridotto al minimo.
Moduli Hanwha QCells 300 Wp monocristallini Q.PEAK G4.1
Tecnologia PERC e Half cut cells
Nel corso degli anni, sono state introdotte diverse tecnologie per aumentare l'efficienza dei moduli fotovoltaici. Tra queste ricordiamo la tecnologia PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) che permette di realizzare moduli con celle in silicio monocristallino con la passivazione dello strato posteriore. Questo permette un aumento della possibilità di ricombinazione dei fotoni e l'aumento della riflessione interna alla giunzione, con un miglioramento dell'efficienza del modulo.
Inoltre, dal 2017, una tecnologia che si è affacciata sul mercato, spesso unita all PERC, è la "half cut cells" letteralmente, celle tagliate a metà. In questo modo si passa dagli attuali moduli standard a 60 o 72 celle da 6 pollici a 120 o 144 mezze celle, portando l'aumento della produttività del singolo modulo. Questo è possibile grazie a diversi fattori: una maggiore tolleranza all'ombreggiamento, una diminuzione delle perdite resistive ed una minore possibilità di crack delle celle, essendo più piccole.
Sharp si propone come players di riferimento nel settore, adottando le tecnologie del momento per moduli sempre più efficienti, fino al 19,5%.
Moduli Sharp 330 W monoscristallino "Half Cells"
Bus bars delle celle
I bus bar sono i binari presenti sulle celle, dove viene incanalata la corrente. Rispetto al passato, quando in genere i pannelli avevano da 2 o 3 bus bar per cella, oggi è più frequente la presenza di prodotti con 4, 5 o 6 bus bar. Questo ha come risultato il miglioramento dell’efficienza della cella, che in alcuni casi può superare il 21-22%.
Anche in questo campo Hanwha QCells offre soluzioni all’avanguardia con il nuovo Q.PEAK DUO-G8 con classi di potenza fino a 350 Wp e grado di efficienza del 20.4 %. I moduli solari Q.PEAK DUO-G8 offrono rendimenti superiori su superfici più piccole, grazie alla nuova generazione di celle Q.ANTUM, adesso combinato con circuiteria avanzata, semi-celle e design a 6 bus bars.
Celle con tecnologia CELLO
LG nei suoi moduli NEON 2 offre una nuova soluzione per garantire un migliore assorbimento della luce e una perdita elettrica ridotta. A causa della sezione trasversale cilindrica, la luce incidente si riflette a varie angolazioni e poi viene più assorbita nelle celle solari. Mentre 12 fili di NeON® 2 riducono la resistenza complessiva e riducono al minimo le perdite elettriche.
In un prodotto con stringa convenzionale invece, a causa della sezione trasversale rettangolare, la luce incidente perpendicolare si riflette e quindi svanisce al di fuori del modulo. Le celle convenzionali hanno solo 4 stringhe che agiscono come percorsi elettrici, che provocano una perdita elettrica dovuta all'elevata resistenza.
Moduli LG NEON 2 350 Wp monoscristallini
Celle con tecnologia HIT di eterogiunzione
Panasonic invece può vantare da molti anni una tecnologia molto innovativa, la HIT ossia la tecnologia di eterogiunzione (Heterojunction with Intrinsic Thin Layer) che riduce sensibilmente le perdite ai margini delle celle, garantendo un rendimento fino all’8% superiore rispetto a un modulo standard. Questa tecnologia è basata su un sottile wafer di silicio monocristallino circondato da un film di silicio amorfo ultrasottile, assente nelle celle tradizionali.
Moduli Panasonic HIT N330 Wp monocristallini
Celle Bifacciali
I moduli bifacciali, a differenza di quelli tradizionali, catturano la luca da entrambi i lati del pannello, grazie a celle con contatti e bus bar su entrambe le superfici. Il doppio vetro ha il vantaggio di ridurre le problematiche dovute all'effetto PID, di irrigidire strutturalmente il pannello con menos tress meccanici sia in fase di trasporto che di montaggio.
Moduli LG NEON 2 BiFacial 400 Wp
Lega del telaio
Questa è una caratteristica che influisce soprattutto sulla resistenza e sulla durata nel tempo dei moduli e sull’adattabilità alle condizioni atmosferiche più estreme. Inoltre, leghe di alluminio leggere contribuiscono anche sensibilmente a diminuire il peso dell’impianto che va gravare sul tetto.
I moduli monocristallini QCells possono vantare telai in lega di alluminio high-tech, certificati come altamente resistenti a neve (5400 Pa) e vento (4000 Pa).
Un altro aspetto legato al telaio che si può osservare invece nei moduli HIT Panasonic è l’innovativo sistema di scarico dell’acqua. Le linee di drenaggio presenti nel telaio del modulo consentono un costante scarico dell’acqua accumulata, impedendo che asciughi sul modulo lasciando macchie di essicazione e qualsiasi accumulo di umidità all’interno del modulo viene efficacemente impedito.
Coefficiente di temperatura
ll pannello solare funziona alla massima efficienza a circa 25 °C. Il coefficiente di temperatura indica il degrado delle prestazioni del pannello solare durante le giornate calde. Per ogni grado al di sopra di 25 °C, la produzione di energia elettrica del pannello solare diminuisce in base al valore del coefficiente di temperatura. Pertanto, più basso è il valore maggiori sono le prestazioni.
I potenti moduli LG NEON R, con potenze fino ai 265 o 270 Wp, riescono ad avere un coefficiente di rendimento del modulo massimo fino a 21,4% con un coefficiente di temperatura tra i migliori sul mercato, pari a -0,30%, con circa il 3% di energia generata in più rispetto ai moduli mono di tipo P in condizioni di alta temperatura.
Moduli LG NEON R 370 Wp
Ottimizzatori di potenza
Un capitolo a parte è poi costituito dagli ottimizzatori di produzione. Gli ottimizzatori sono dei piccoli dispositivi che si agganciano a ogni singolo modulo fotovoltaico al fine di massimizzarne la produzione. Con essi si può ottenere fino al 25% di potenza in più, in quanto riducono tutti i tipi di perdite dovute al disaccoppiamento tra i moduli, dalla tolleranza di produzione all’ombreggiamento parziale.
Queste tecnologie molto promettenti meritano un approfondimento specifico che tratteremo prossimamente sul blog di Efficasa.
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Perché scegliere moduli fotovoltaici ad alta efficienza
Ci sono numerosi vantaggi. È sufficiente pensare che per realizzare un impianto con pannelli molto efficienti, a parità̀ di potenza, servono meno moduli, il che significa anche meno componentistica, meno strutture di sostegno, tempi di installazione più veloci e costi di messa in opera più bassi. In più, questo tipo di impianti richiede minore spazio sul tetto, aspetto importante tanto nelle installazioni residenziali quanto in quelle commerciali o industriali.
Ogni cliente ha le sue esigenze ed ogni impianto va valutato specificamente insieme ad un consulente energetico, però in generale possiamo dire che investire su moduli altamente performanti vuol dire garantirsi un impianto con ottime prestazioni nel tempo, una produzione di energia elettrica più alta della media e quindi una maggiore convenienza complessiva.
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