Quanto ti costa davvero l'ombra? I numeri reali

L'ombra non funziona come ti aspetteresti

La maggior parte della gente presume che se un'ombra copre un decimo di un pannello solare, si perde un decimo della potenza. È sbagliato, e il divario tra intuizione e realtà è il singolo malinteso più costoso del solare da tetto.

I ricercatori del Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics (CSP) lo dicono senza mezzi termini. Nei casi estremi, anche il 5 percento di ombra sulla superficie del modulo può portare a una perdita totale della produzione di quel modulo. Un'ombra grande quanto il bordo di un camino, o un singolo ramo spoglio, può portare un pannello dalla piena potenza a quasi nulla.

Per capire il perché, devi guardare come è cablato un pannello al suo interno.

Perché una sola cella in ombra trascina giù tutta la stringa

Un modulo solare standard è costruito da 60 o più celle individuali collegate in serie, come una fila in cui le persone si passano dei secchi. La corrente che scorre attraverso il modulo è limitata dalla cella più debole della catena. Come spiega PVEducation, poiché le celle sono in serie, la corrente deve essere la stessa in ogni cella, quindi mettere in ombra una cella tira giù la corrente dell'intera stringa al livello di quella cella in ombra.

Metti completamente in ombra una cella e non perdi la potenza di una cella. Strozzi la corrente di tutte. Le celle sane sono ancora illuminate, ma non possono spingere la loro corrente oltre il collo di bottiglia.

Peggiora ulteriormente. La cella in ombra ora ha la piena tensione delle altre celle spinta all'indietro attraverso di essa. Invece di produrre potenza, dissipa potenza sotto forma di calore. Questo è un hot spot, e Fraunhofer CSP nota che un'ombra sfavorevole può surriscaldare un'area di un modulo, invecchiando i polimeri di incapsulamento e accorciando la vita del pannello. Quindi un'ombra piccola è sia un problema di prestazioni sia un problema di affidabilità.

Quanto costa davvero all'anno un singolo albero

La fisica del modulo spiega i picchi. La resa annua dipende da quanto spesso, e per quanto a lungo, quella fisica viene innescata nel corso dell'anno.

Le analisi di settore sugli impianti residenziali collocano in genere le perdite da ombra di un parco impianti tra il 5 e il 25 percento della produzione annua, con i singoli tetti che variano molto di più. Un singolo albero maturo o un edificio vicino dal lato sbagliato è comunemente citato come costo del 20-40 percento della resa annua, e un ostacolo mal posizionato direttamente a sud può essere peggiore.

La direzione conta più della dimensione dell'albero. Nell'emisfero settentrionale il sole passa tutta la giornata produttiva nel cielo meridionale. Un oggetto a pieno sud rispetto ai tuoi pannelli blocca le ore più forti di mezzogiorno. Un oggetto a nord è in gran parte irrilevante. Gli ostacoli a est e a ovest tagliano le code del mattino e della sera, il che costa meno ma non è nulla.

La conclusione onesta: se un grande sempreverde sta a sud e non puoi rimuoverlo, il solare su quel tetto può semplicemente essere un cattivo investimento, e nessuna elettronica intelligente lo risolve del tutto.

Ombra dura e ombra morbida non sono la stessa cosa

Non tutte le ombre si comportano allo stesso modo, e la distinzione cambia quanto costano.

L'ombra morbida è diffusa. Pensa a un pannello sotto la chioma sottile e mossa di un albero lontano, o all'oscuramento generale nelle prime ore del mattino. La luce raggiunge ancora le celle, solo in quantità minore, e la perdita è più vicina alla proporzionalità.

L'ombra dura è un'ombra netta e opaca con un bordo definito: un camino, un tubo di sfiato, un'antenna parabolica, una linea elettrica, un muro di parapetto. È quella che innesca il collasso della cella più debole e l'hot spot. Come la descrive Clean Energy Reviews, l'ombra dura tende a essere piccola e fissa e spesso cade a metà giornata, quando l'irraggiamento è al suo picco, che è esattamente quando fa più male.

Un'abitudine utile quando progetti un layout: dai prima la caccia alle fonti di ombra dura. Un tubo di sfiato di 10 centimetri nel punto sbagliato può costare più di un albero nebuloso a cinquanta metri di distanza.

Cosa fanno davvero diodi di bypass, ottimizzatori e microinverter

La prima difesa del settore è il diodo di bypass, e quasi ogni pannello moderno ne ha di integrati. La maggior parte dei pannelli divide le proprie celle in tre gruppi, ciascuno con un diodo di bypass. Quando un gruppo è abbastanza in ombra da invertirne la tensione oltre circa 0,7 volt, il diodo si attiva e lascia che la corrente devii attorno a quel gruppo. Il terzo in ombra viene sacrificato, ma gli altri due terzi continuano a lavorare, e il pericoloso hot spot viene attenuato.

I diodi di bypass limitano il danno. Non lo recuperano. Nel migliore dei casi un diodo azzera il contributo della sezione in ombra invece di trascinare giù l'intero pannello, e la stringa, con essa. È per questo che il progetto SegmentPV di Fraunhofer sta ridisegnando il layout dei moduli e il posizionamento dei diodi per ridurre ulteriormente le perdite e il rischio di hot spot.

La leva più importante è l'elettronica di potenza a livello di modulo (MLPE): ottimizzatori DC (per esempio SolarEdge) e microinverter (per esempio Enphase). Un semplice inverter di stringa gestisce ogni pannello come un'unica catena, quindi il pannello peggiore detta il ritmo per tutti. L'MLPE gestisce ogni pannello per conto suo. Un pannello in ombra perde comunque la propria produzione, ma non strozza più i vicini sani. Negli impianti parzialmente in ombra questo recupera comunemente una quota significativa, spesso citata attorno al 20-30 percento, dell'energia che un inverter di stringa avrebbe ceduto.

L'ordine di priorità è chiaro. Primo, evita l'ombra scegliendo il punto e il layout. Secondo, se un po' di ombra è inevitabile, usa ottimizzatori o microinverter in modo che resti contenuta a un solo pannello. Nessuna elettronica trasforma un tetto in ombra in uno senza ombra.

L'inverno è quando l'ombra morde più forte

Un'ombra che a luglio scavalca i tuoi pannelli può inghiottirli a dicembre, perché il sole è molto più basso nel cielo.

A Berlino (latitudine circa 52,5 gradi nord) il sole di mezzogiorno raggiunge all'incirca 61 gradi sopra l'orizzonte al solstizio di giugno, ma solo circa 14 gradi al solstizio di dicembre. A 14 gradi, ogni albero, recinzione e tetto vicino proietta un'ombra parecchie volte più lunga di quanto faccia in estate. Oggetti che a giugno non hanno mai toccato il tuo impianto ora gli si trovano direttamente davanti, proprio nel periodo dell'anno in cui hai più bisogno della resa.

È anche per questo che una singola misurazione satellitare o una rapida occhiata estiva sono fuorvianti. Quello che ti serve è il profilo completo degli ostacoli tutt'attorno a te, e quanto in alto ciascuno si solleva nel cielo.

Il numero che predice davvero le tue perdite

Il concetto che lega tutto questo è l'orizzonte d'ombra. È il profilo, misurato in gradi di altezza a ogni direzione della bussola, di tutto ciò che blocca la tua vista del cielo aperto: la linea di colmo della casa accanto, la cima della quercia a sud-ovest, la lontana linea degli alberi.

Strumenti basati su mappe e satelliti come Google Project Sunroof, i registri Solarkataster regionali e SunCalc sono utili, ma condividono una zona cieca strutturale. Modellano il tetto e il terreno generale, e mancano regolarmente gli ostacoli reali che si trovano sul tuo punto o vicino ad esso, specialmente alberi, ringhiere di balconi e muri adiacenti. È proprio da lì che vengono le perdite sproporzionate.

L'unica soluzione affidabile è misurare l'orizzonte d'ombra dal punto esatto in cui si troveranno i pannelli. Questo è ciò che fa SunMeasure: ti metti sul tetto, sul balcone o sull'angolo di giardino, fai scorrere il telefono attraverso il cielo, e registra l'altezza di ogni ostacolo, poi la combina con i dati di irraggiamento della località da fonti come PVGIS dell'UE per stimare quanto sole riceve davvero il punto nel corso dell'anno. Che tu usi un'app o un diagramma manuale del percorso solare, misura dal punto. Il costo di indovinare male non è qualche punto percentuale. Come mostra la fisica qui sopra, può essere gran parte di un pannello.