Rendimento fotovoltaico: quanto produce davvero un impianto

Cos'è il rendimento di un pannello fotovoltaico

Quando un installatore ti dice che i suoi pannelli hanno un "rendimento del 22%", sta dicendo una cosa precisa: di tutta la luce solare che colpisce il pannello, il 22% viene convertita in elettricità utilizzabile. L'altro 78% si disperde sotto forma di calore, riflessione, o fotoni di lunghezza d'onda che il silicio non sa usare.

Ma questo numero (il rendimento di laboratorio) non è quello che vedi sul contatore di casa tua. Il rendimento reale di un impianto dipende da altri fattori: dove abiti, che temperatura raggiungono le celle sotto il sole, quanto sono pulite, come sono orientate, e quante perdite tecniche ci sono tra pannello e presa elettrica.

In questo articolo ti spieghiamo cosa determina davvero il rendimento di un impianto fotovoltaico, con due fonti autorevoli:

• I coefficienti di temperatura del silicio cristallino, dal manuale accademico di riferimento Wiley [1]
• I dati di irradianza solare dell'archivio ufficiale della Commissione Europea [2]. Numeri reali, non stime

Alla fine dell'articolo saprai quanto produce davvero un impianto da 6 kWp nelle principali città italiane, e perché.

Il primo fattore: la temperatura

La prima cosa da sapere: quando i produttori dichiarano la potenza di un pannello (per esempio "400 Watt di picco") lo fanno in condizioni di laboratorio specifiche, chiamate STC (Standard Test Conditions). Come scrivono Luque e Hegedus nel manuale [1]:

"Le condizioni di test standard sono: 1 kW/m² di irradianza, distribuzione spettrale AM1.5, e temperatura della cella di 25°C. Le condizioni in operazione reale non sono quelle standard; variano fortemente e influenzano le prestazioni elettriche della cella, causando una perdita di efficienza rispetto al valore STC nominale." — Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, Wiley 2003, p. 295

Quel 25°C nel test è la temperatura della cella, non dell'ambiente. E qui arriva la prima sorpresa: quando il pannello è al sole, la sua temperatura interna è quasi sempre molto più alta dei 25°C del test.

Luque lo quantifica con un parametro chiamato NOCT (Nominal Operating Cell Temperature): la temperatura operativa nominale della cella con 20°C di aria, 0,8 kW/m² di irradianza e vento leggero. Il valore tipico è di circa 45°C [1]. Cioè: in una giornata estiva a 30°C all'ombra, le tue celle solari in pieno sole possono facilmente raggiungere i 55-65°C. Ed è qui che comincia a succedere qualcosa di interessante.

I tre coefficienti di temperatura

Il libro ci dà tre numeri specifici che governano come una cella in silicio risponde alla temperatura. Sono i cardini dell'intera storia:

Applichiamolo a un caso reale. Supponiamo una giornata estiva a Palermo: aria a 32°C, sole forte. La temperatura della cella può raggiungere facilmente i 60°C. Rispetto al valore STC (25°C), sono 35 gradi di eccesso. Applicando γ = 0,5%/°C:

Ora invece una giornata invernale a Milano, limpida, 5°C all'aria, sole obliquo. La cella è a circa 20°C, cioè sotto il valore STC. La perdita per temperatura è zero, anzi c'è un leggero guadagno:

Un pannello al sole invernale di Milano, paradossalmente, è più efficiente che allo stesso pannello al sole estivo di Palermo. Il freddo lo tiene in regime ottimale. Ma questa è solo metà della storia: il rendimento totale dipende anche da quanta luce arriva.

Il secondo fattore: l'irradianza

L'efficienza di conversione è solo un pezzo del puzzle. L'altro pezzo è quanta luce totale arriva effettivamente sul pannello. Questo parametro si chiama irradianza e si misura in kWh per metro quadro all'anno. È determinato dalla latitudine, dalla nuvolosità media annua della tua zona, e dalla quantità di ore di sole pieno nell'arco delle stagioni.

L'archivio europeo ufficiale di irradianza solare è mantenuto dal Joint Research Centre della Commissione Europea [2] e contiene decenni di misure satellitari sovrapposte a modelli climatici. È la fonte standard usata nell'industria fotovoltaica europea per stimare la produzione di un impianto in una specifica località.

Per questo articolo abbiamo estratto i dati di produzione per tre città rappresentative. Stesso impianto: 6 kWp, esposizione sud, inclinazione ottimale, perdite 14% (il valore standard per un impianto ben installato). Ecco i kWh reali che l'impianto produce in un anno:

Tradotto in produttività per kWp installato (parametro che in gergo si chiama yield specifico): Milano rende 1.124 kWh/kWp/anno, Roma 1.267, Palermo 1.344. Sono i valori tipici di partenza per qualunque calcolo economico su un impianto residenziale italiano.

Milano produce circa il 84% di Palermo. Il gap reale è del 17%, molto meno del 50% che viene raccontato al bar. La ragione sta nel fatto che l'irradianza non è uniforme durante l'anno: varia mese per mese in modo diverso al nord e al sud.

Come varia il rendimento mese per mese

Questi sono numeri reali, calcolati sull'archivio europeo di irradianza solare. Ogni barra è un mese, per un impianto da 6 kWp. Prima colonna Milano, seconda Roma, terza Palermo. Il massimo assoluto è 1080 kWh (Palermo, luglio).

Ci sono due osservazioni che saltano all'occhio guardando queste barre:

In sintesi: il gap nord-sud è concentrato negli 8 mesi non estivi. Ma quando sommi tutto l'anno, il gap complessivo resta del 17%, molto meno di quello che ti aspettavi.

Cosa significa per la tua bolletta

Ora il punto pratico: se Milano produce il 17% in meno di Palermo, il payback è il 17% più lungo? No, è più complicato di così, e per fortuna più favorevole al nord di quanto sembri.

Ci sono tre fattori che avvantaggiano il nord nel calcolo economico reale, compensando parzialmente la minore produzione:

1. Le bollette elettriche al nord sono in media più alte per i maggiori consumi invernali (riscaldamenti elettrici, condizionatori estivi che comunque girano, illuminazione per più ore al giorno). Più bolletta significa più valore per ogni kWh autoconsumato.
2. Gli impianti al nord sono dimensionati per picchi estivi (climatizzazione) e gli stessi impianti coprono bene anche la domanda invernale non-stop. Al sud si sotto-dimensiona spesso perché si usa meno energia elettrica d'inverno.
3. La detrazione 50% è uguale in tutta Italia. Un 6 kWp costa grosso modo uguale a Torino e a Palermo (1.500-1.700 €/kWp), e la detrazione si applica identica. La "sconto fiscale" non vede la latitudine.

Risultato pratico, con i dati tipici italiani:

Due o tre anni di payback in più sono tangibili, ma non cambiano il verdetto: il fotovoltaico conviene in tutta Italia, dalle Alpi alla Sicilia. Conviene di più al sud, sì. Ma a Milano la differenza è di qualche anno di break-even, non la differenza tra "è una buona idea" e "è una cattiva idea".

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