Calcolo rendimento fotovoltaico

I fattori che influenzano il rendimento di un impianto fotovoltaico sono: la qualità dei materiali, dall'orientamento, l'inclinazione rispetto ai raggi solari incidenti e la posizione geografica. Diversi tipi di silicio hanno anche diversi livelli di rendimento che si attesta intorno al 21% nei moduli in silicio monocristallino, 17% nei moduli in silicio policristallino e 8% nei moduli in silicio amorfo. Esistono anche collettori a concentrazione (soprattutto in campo aerospaziali) che raggiungono valori che si aggirano intorno al 38/40%. Nel nostro emisfero l'orientamento ottimale è verso sud. Un impianto esposto a nord può arrivare a perdere anche il 50% della sua produzione di energia elettrica. Per poter funzionare al meglio inoltre un pannello fotovoltaico necessita di un'inclinazione di circa 30°, in modo da poter essere irraggiato da una quantità maggiore di radiazione solare. Anche la posizione geografica influisce di molto sul rendimento: un impianto di una certa superficie installato in Sicilia avrà un rendimento superiore di uno stesso impianto installato in Val d'Aosta, a causa di un irraggiamento solare maggiore.

Il calcolo del rendimento fotovoltaico è una semplice formula: Rendimento=(Potenza W/Superficie mq/1000)*100 (calcolato in condizioni STC, ovvero intorno ai 25°C), cioè è dato dal rapporto fra Potenza (in Watt) e Superficie (in metri quadrati) dell'impianto, diviso 1000, per 100 (per poter trasformare il risultato in percentuale). Ad esempio un impianto familiare da 3.000 W di picco (3 kW di picco) che occupa una superficie di 25 mq avrà un rendimento pari a: R = (3000/25/1000)*100 = 12%.Ecco il calcolo del rendimento fotovoltaico completato. I fattori citati nel paragrafo precedente influenzano indirettamente il rendimento dell'impianto, in quanto influenzano la superficie occupata dall'impianto stesso. Un impianto fotovoltaico che ha un orientamento e un'inclinazione ottimale, ad esempio, sarà irraggiato in modo migliore di un altro impianto che non segue questi standard. In questo modo la superficie da occupare per produrre la stessa quantità di energia sarà inferiore. Inoltre la superficie sarà ancora inferiore se la posizione geografica dell'impianto permette di captare una quantità di radiazione solare maggiore. Minore sarà la superficie occupata e maggiore sarà il rendimento dell'impianto.

Chiunque voglia installare per l'autoconsumo deve poter calcolare quanti kW necessita conoscendo i proprio consumi annui. Ecco come fare. Ogni area geografica ha una produttività locale caratteristica che dipende da alcuni fattori come l'irraggiamento solare. Ad esempio, la produttività media della pianura Padana si aggira intorno ai 1.000/1.100 kWh annui per ogni kW di picco installati. In Calabri e Sicilia questo stesso fattore può raggiungere valori prossimi a 1.400 kWh annui per ogni kW di picco installato. Conoscere la produttività media della regione di installazione è fondamentale per sapere quanti kW sarà necessario installare per la proprio abitazione e il suo valore può essere dedotto dal grafico. In conclusione: kWi = consumo annuo / produttività locale. ad esempio, se so che la mia abitazione ha un consumo annuo di 4.500 kWh e la regione in cui abito ha una produttività locale pari a 1.250 kWh/kWp i kW di picco da installare saranno: kWi = 4.500 / 1.250 = 3,6 kW di picco.

Nonostante il rendimento effettivo dei pannelli fotovoltaici in commercio non superi il 20%, attualmente molti laboratori di ricerca stanno studiando nuovi materiali e tecnologie. Le celle solari della francese Soitec, in collaborazione con l’istituto solare del Fraunhofer, hanno raggiunto un' efficienza che si aggira intorno al 46%. I laboratori Ibm di Zurigo hanno annunciato a fine 2013 lo sviluppo di un sistema "a parabola", capace di raccogliere l'80% delle radiazioni che lo colpiscono. Altre tecnologie in via di sviluppo possono essere la perovskite (un minerale inorganico, capace di assorbire e trasportare energia, soprattutto a basso costo, con un rendimento del 15%) e il fotovoltaico flessibile o a film sottili, perfetto per essere applicato a qualsiasi tipo di superficie. Ciò che è sicuro è che negli anni a venire queste nuove tecnologie prenderanno sempre più piede, a causa dell'abbassamento dei costi, aumento della loro efficienza e, soprattutto, il loro impatto ambientale praticamente inesistente.