Sai come calcolare l'efficienza del sistema fotovoltaico?

L'indice di Performance Ratio (PR) di un sistema fotovoltaico è un parametro essenziale per misurare l'efficienza dell'impianto e incide direttamente sul valore degli investimenti e sull'operatività di una centrale fotovoltaica. Recentemente, molti clienti ci hanno chiesto informazioni sull'efficienza dei sistemi fotovoltaici, desiderando approfondire il concetto di PR e i metodi di calcolo. Spesso si tende a confondere l'efficienza del modulo o del convertitore con quella dell'intero sistema fotovoltaico, ma in realtà la situazione è molto più complessa.

Come fornitore professionale di prodotti fotovoltaici, Maysun Solar offre una guida dettagliata sui seguenti aspetti: la definizione e il calcolo del PR, i fattori chiave che lo influenzano e i metodi per migliorarlo. Il nostro obiettivo è aiutare i clienti a comprendere meglio l'efficienza del sistema fotovoltaico, supportandoli nelle decisioni di investimento e gestione dei progetti.

Sommario:

• Cos'è l'efficienza del sistema? Come si calcola?
• Cosa considerare durante la misurazione
• Fattori che influenzano l'efficienza del sistema
• Qual è un valore PR standard?
• Metodi per aumentare il PR
• Conclusioni

Cos'è l'efficienza del sistema? Come si calcola?

Le prestazioni di un impianto fotovoltaico dipendono da tre fattori principali:

1. Capacità installata: La capacità totale dei pannelli solari installati, misurata in kilowatt (kW).
2. Ore di picco: Il numero di ore annuali di esposizione al massimo irraggiamento solare, dipendenti dalle condizioni climatiche locali.
3. Efficienza del sistema (Performance Ratio, PR): Un indicatore chiave che misura l'efficienza complessiva del sistema nel convertire l'energia solare in energia elettrica.

Una volta determinati il luogo e le dimensioni dell'impianto, capacità installata e ore di picco restano generalmente costanti. Pertanto, migliorare la produzione di energia dipende principalmente dall'incremento dell'efficienza del sistema.

Il PR tiene conto non solo dell'efficienza dei moduli fotovoltaici, ma anche delle perdite di sistema. Comprendere il PR di un impianto permette di valutare la differenza tra produzione energetica effettiva e teorica. Un PR più alto indica prestazioni migliori. L'efficienza del sistema fotovoltaico può essere calcolata con la seguente formula:

Efficienza del sistema (%) = Energia effettiva prodotta / Energia teorica × 100%

• Energia effettiva prodotta: L'energia generata dall'impianto durante il funzionamento reale, monitorata in tempo reale.
• Energia teorica: Calcolata in base all'irraggiamento solare, alla capacità dell'impianto e al rendimento ideale dei moduli.

La produzione teorica può essere determinata con la formula:
Energia teorica = Irraggiamento solare totale × Efficienza di conversione dei moduli × Superficie dei moduli × Tempo

Lo standard internazionale IEC 61724 fornisce linee guida per il monitoraggio, la valutazione e il reporting delle prestazioni di impianti fotovoltaici, garantendo l'accuratezza e la comparabilità dei dati. Secondo questo standard, il PR può essere calcolato con la formula seguente:

PR_T = (ET) / (P_e × h_T)

• PRT: Efficienza media del sistema durante un determinato periodo T.
• ET: Energia immessa in rete durante il periodo considerato.
• Pe: Capacità nominale dei moduli fotovoltaici.
• hT: Ore di irraggiamento solare di picco sul piano dei moduli durante il periodo considerato.

Nota: L'energia effettiva prodotta e l'efficienza del sistema possono variare a causa di fattori come condizioni meteo, temperatura, livelli di irraggiamento e perdite dell'inverter.

Esempio pratico:

Considerando un PR medio annuo, supponiamo che l'irraggiamento totale annuo su una superficie di array fotovoltaico sia di 1600 kWh/m², equivalente a 1600 ore di irraggiamento. Se il contatore registra una produzione annuale di 1300 kWh/kW, il PR annuo può essere calcolato come segue:

PRT = (ET) / (Pe × hT)=1300kWh / 1kW×1600h=81.25%

Passaggi per misurare il PR e considerazioni

Per determinare il PR di un impianto fotovoltaico, è necessario seguire i seguenti passaggi:

1. Installazione dei dispositivi di monitoraggio: Sensori di irraggiamento solare, termometri e amperometri per misurare potenza, condizioni ambientali e fattori meteorologici in tempo reale.
2. Raccolta dei dati: Registrare i parametri come potenza in uscita, irraggiamento solare, temperatura dei moduli e inclinazione su un determinato periodo.
3. Calcolo della produzione teorica: Basandosi sui parametri tecnici dei moduli e sulle condizioni locali.
4. Calcolo della produzione effettiva: Determinare l'energia generata nel periodo considerato usando i dati raccolti.
5. Calcolo del PR: Confrontare i valori teorici con quelli effettivi per determinare il Performance Ratio.

Alcuni aspetti da considerare durante la misurazione del PR:

1. Selezione di periodi tipici di giornate soleggiate
   Per garantire l'affidabilità dei risultati del test, è consigliato scegliere periodi di tempo durante giornate soleggiate per evitare che le variazioni meteorologiche possano influire sui risultati.
2. Assicurarsi della precisione degli strumenti di misura
   Durante la misurazione, è fondamentale garantire che dispositivi come il radiometro, i termometri e gli amperometri siano precisi, in modo da assicurare la validità e l'affidabilità dei dati.
3. Ripetere il test per garantirne l'accuratezza
   Il test dovrebbe essere ripetuto più volte per garantire che i risultati ottenuti siano affidabili e precisi.
4. Assicurare la coerenza delle condizioni di test
   Per mantenere la coerenza dei dati, è importante che le condizioni durante il test siano stabili, come l'orario del test e le impostazioni degli strumenti di misura.

Cosa influenza l'efficienza del sistema?

• Decadimento della potenza dei moduli (circa 2-3% nel primo anno, poi circa 0,5% ogni anno)
  Nel sistema fotovoltaico, il decadimento della potenza dei moduli è un fattore importante che influisce sull'efficienza complessiva, ma non è l'unico determinante. Molti clienti erroneamente credono che il decadimento della potenza dei moduli equivalga all'efficienza complessiva del sistema, ma in realtà l'efficienza del sistema è influenzata da più fattori.
  Il decadimento della potenza dei moduli, quando operano normalmente, rientra in limiti ragionevoli. In generale, la perdita iniziale di potenza dei moduli fotovoltaici in silicio cristallino è compresa tra il 2% e il 3% nel primo anno, mentre negli anni successivi la perdita si stabilizza intorno allo 0,5% annuo. Tuttavia, l'efficienza del sistema dipende anche da altri fattori, come l'efficienza degli inverter, le perdite nei cavi, l'influenza della temperatura, la polvere e le ombreggiature. Quindi, anche se il decadimento dei moduli è controllato entro limiti ragionevoli, l'efficienza complessiva del sistema può essere influenzata da altri componenti. Per maggiori informazioni sul decadimento dei moduli fotovoltaici, consulta il nostro articolo: Il decadimento dei pannelli solari.
• Mismatch dei moduli in serie e ombreggiatura (circa 3% di impatto)
  Quando i moduli solari sono collegati in serie o in parallelo, le differenze nelle caratteristiche elettriche dei singoli moduli portano generalmente a una potenza di uscita inferiore alla somma delle potenze di ciascun modulo. Questo fenomeno è noto come "mismatch" dei moduli fotovoltaici. La causa principale del mismatch non è il modulo in sé, ma l'ombreggiatura, che può derivare da edifici circostanti, alberi o altre strutture fisse. Per gli impianti fotovoltaici sui tetti che non sono orientati idealmente, il mismatch tra le stringhe o gli array può portare a una perdita di efficienza di circa il 3%.
• Perdita dovuta alla polvere, alla neve e all'ombreggiatura (da 4,0% a 5,4%)
  Fattori ambientali come polvere, neve e altre obstruzioni possono ridurre l'irraggiamento diretto solare, diminuendo la capacità di generazione del sistema fotovoltaico. La neve e la polvere sono problemi particolarmente gravi in alcune aree e possono portare a perdite di efficienza che variano tra il 4% e il 5,4%. Per maggiori dettagli su come pulire i pannelli solari, consulta il nostro articolo: Pulizia dei pannelli fotovoltaici.

• Perdita dovuta al coefficiente di temperatura dei moduli (circa 4%)
  Il "coefficiente di temperatura" è un concetto che si trova nei manuali tecnici dei moduli. Ad esempio, un modulo solare con un coefficiente di temperatura di -0,33%/°C per la tensione a circuito aperto significa che per ogni grado Celsius in più, la tensione a circuito aperto diminuisce dello 0,33%. In regioni con ampie escursioni termiche tra inverno ed estate, l'effetto del coefficiente di temperatura è più marcato. In genere, la perdita dovuta a questo effetto porta a una riduzione del PR di circa il 4%.
• Perdita nei cavi (circa 2%)
  Le perdite nei cavi possono essere suddivise in perdite nei cavi in corrente continua (DC) e nelle linee in corrente alternata (AC). Le perdite nei cavi DC e AC di solito hanno un impatto di circa il 2% sull'efficienza complessiva del sistema. Durante il trasporto della corrente continua dai moduli all'inverter si verifica una perdita di circa il 2%, mentre durante il trasporto della corrente alternata dall'inverter al sistema di distribuzione, ci sono ulteriori perdite dovute alla lunghezza dei cavi e al carico di corrente.
• Efficienza dell'inverter (circa 3%)
  L'inverter è uno degli elementi chiave nel sistema fotovoltaico poiché converte la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata, influenzando direttamente l'efficienza del sistema (PR). La perdita energetica negli inverter può variare a seconda del marchio, ma generalmente si suddivide in due componenti: una perdita dovuta al consumo energetico interno dell'inverter, e una dovuta alla potenza in ingresso che supera l'intervallo nominale dell'inverter o alla tensione di lavoro che esce dai limiti, con una perdita totale di circa il 2%.
• Efficienza del trasformatore (circa 2%)
  Il trasformatore è responsabile della regolazione della tensione per consentire l'integrazione nella rete elettrica. Tuttavia, esso introduce delle perdite, che includono sia la perdita energetica interna del trasformatore che le perdite durante il periodo di carico notturno e il processo di aumento della tensione. Queste perdite possono ridurre l'efficienza del sistema (PR) di circa il 3%.
• Efficienza MPPT (circa 1%)
  La tecnologia MPPT (Maximum Power Point Tracking) è fondamentale per ottimizzare la produzione di potenza in un impianto fotovoltaico. Gli attuali controller MPPT hanno un'efficienza che può raggiungere il 99%, ma possono ancora essere influenzati dalle variazioni ambientali e dalla performance dei dispositivi, causando una perdita di circa l'1%.

Efficienza complessiva del sistema (circa 78%)

Considerando tutti i fattori di perdita sopra menzionati, l'efficienza complessiva di un sistema fotovoltaico in condizioni reali si aggira intorno al 78%. Ciò significa che, sebbene i sistemi fotovoltaici possiedano un'alta efficienza di conversione energetica in condizioni ideali, le perdite operative durante il funzionamento reale influiscono sulla produzione finale di energia.

1. Valore PR in condizioni ideali
In condizioni teoriche ideali (senza ombreggiature, senza perdite di temperatura, senza decadimento dei moduli, ecc.), il valore PR può avvicinarsi al 90%-95%. Tuttavia, è praticamente impossibile che un sistema fotovoltaico raggiunga questo intervallo nella realtà.

2. Intervallo di PR nei progetti reali

• Impianti fotovoltaici a terra: In genere, il valore PR varia tra l'80% e il 90%. Gli impianti fotovoltaici ad alta efficienza, in condizioni ottimali, possono arrivare vicino al 90%.
• Impianti fotovoltaici sui tetti: A causa di fattori come ombreggiatura e limiti di angolo, il valore PR per questi impianti è generalmente compreso tra il 75% e l'85%.
• Impianti fotovoltaici in ambienti agricoli o acquatici (condizioni speciali): A causa delle diverse condizioni di luce e temperatura, il valore PR può variare tra il 70% e l'85%.

3. Differenze di PR in base alle diverse aree geografiche

• Aree ad alta radiazione (ad esempio, Medio Oriente e alcune zone dell'Australia): Il valore PR potrebbe essere superiore alla media, generalmente tra l'85% e il 90%.
• Aree a radiazione media (ad esempio, Sud Europa): Il valore PR si aggira tra l'80% e l'85%.
• Aree a bassa radiazione (ad esempio, Nord Europa): A causa delle condizioni climatiche, il valore PR può variare tra il 75% e l'80%.

4. PR secondo lo standard IEC 61724

La IEC 61724 fornisce linee guida per la misurazione del valore PR, ma non definisce un "PR accettabile" in modo rigoroso. Di solito, nel settore si considera un sistema ad alta efficienza se il PR supera l'80%, mentre un valore inferiore al 70% potrebbe indicare la necessità di manutenzione o ottimizzazione.

Metodi per migliorare il valore PR

Oltre alle misure comuni già menzionate, ci sono metodi innovativi e flessibili che possono aiutare a migliorare ulteriormente il valore PR. I clienti possono fare riferimento alla formula dell'efficienza: PR_T​=ET​/P_e​⋅h_T per applicare le soluzioni più adatte in scenari diversi.

• Installazione di supporti regolabili manualmente
  Un modo semplice ed efficace per aumentare l'efficienza del sistema è installare supporti fotovoltaici che possono essere regolati manualmente. Questi supporti possono essere impostati su due angoli, uno per l'inverno e uno per l'estate, adattandosi così ai diversi angoli di radiazione solare durante l'anno. In questo modo, si massimizza il tempo di esposizione al sole dei pannelli solari, aumentando la produzione di energia e l'efficienza complessiva del sistema, migliorando quindi il valore PR.
• Utilizzo di sistemi di monitoraggio e manutenzione intelligenti
  L'uso di sistemi di manutenzione intelligenti può ottimizzare notevolmente l'efficienza di un impianto fotovoltaico. Durante il funzionamento, un sistema di analisi intelligente può monitorare e analizzare in tempo reale lo stato dell'impianto, individuando e risolvendo i guasti in modo rapido. Una diagnosi precisa dei guasti e una risposta tempestiva possono ridurre i tempi di fermo e migliorare l'efficienza complessiva del sistema, garantendo al contempo una produzione stabile di energia a lungo termine, aumentando così il valore PR.

Conclusione

Da quanto sopra, è evidente che il valore PR è un parametro chiave per valutare l'efficienza di un impianto fotovoltaico. Tuttavia, un valore PR più elevato non è sempre la soluzione ideale in tutte le situazioni. La scelta del valore PR ottimale dipende anche da fattori economici, dalle condizioni geografiche e ambientali dell'impianto. È importante considerare tutti questi fattori per prendere la decisione più adatta alle proprie esigenze. Se hai domande o desideri condividere le tue opinioni, sentiti libero di lasciare un commento qui sotto!

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