Come massimizzare il rendimento fotovoltaico in inverno e l’importanza dell’accumulo energetico

L’energia solare fotovoltaica è una risorsa centrale per la transizione energetica verso fonti rinnovabili, in linea con gli obiettivi della direttiva RED II (Direttiva (UE) 2018/2001) di decarbonizzazione.

Tuttavia, durante i mesi invernali il rendimento degli impianti fotovoltaici diminuisce sensibilmente a causa di condizioni ambientali sfavorevoli.

Esistono degli accorgimenti tecnici e delle soluzioni sul mercato che superano tale limite, massimizzando la produzione anche in questi casi.

Rendimento fotovoltaico invernale: criticità e opportunità

Durante la stagione invernale, l’efficienza e la producibilità dei pannelli fotovoltaici sono influenzate da molteplici fattori ambientali e tecnici. È fondamentale comprenderli per progettare impianti che mantengano performance accettabili tutto l’anno (come indicato dalla Guida CEI 82-25:2022 sulla realizzazione di sistemi fotovoltaici).

Minore irraggiamento solare

Un pannello fornisce potenza massima quando i raggi incidono perpendicolarmente alla sua superficie; in inverno, la componente di irradiamento perpendicolare diminuisce (secondo la legge del coseno dell’angolo d’incidenza).

CONSIGLIO
Per compensare questo effetto, è consigliabile aumentare l’inclinazione (tilt) dei pannelli durante i mesi invernali, tipicamente fino a 50–60° alle nostre latitudini, rispetto all’angolo ottimale estivo di circa 30–35°.

In impianti di piccola taglia (tetti residenziali) ciò può essere realizzato tramite strutture regolabili manualmente stagionali; negli impianti avanzati, soprattutto utility-scale, si impiegano sistemi di inseguimento solare (tracker) monoassiali o biassiali.

I tracker adeguano continuamente l’orientamento dei moduli alla posizione del Sole, massimizzando l’angolo di incidenza tutto l’anno.

Studi tecnici mostrano che l’uso di tracker può aumentare la produzione invernale di oltre il 20% rispetto a moduli fissi con tilt sub-ottimale. Di contro, i sistemi di inseguimento incrementano costi, complessità e necessitano di manutenzione meccanica, risultando perciò più diffusi su impianti medio-grandi a terra che su tetti residenziali.

Luce diffusa e copertura nuvolosa

Il cielo nuvoloso e la nebbia riducono la componente diretta della radiazione solare e lasciando prevalere la componente diffusa.

I moduli fotovoltaici standard sfruttano anche la luce diffusa, ma con un’efficacia minore rispetto alla radiazione diretta.

CONSIGLIO
In queste condizioni, l’impiego di pannelli bifacciali rappresenta una tecnologia emergente capace di aumentare la produzione: queste unità sono sensibili alla luce su entrambi i lati della cella fotovoltaica, potendo quindi convertire anche la radiazione riflessa dal suolo e dall’ambiente.

Installazioni sperimentali hanno rilevato incrementi di produzione del 5–15% in inverno grazie alla bifaccialità, a seconda del contesto e del coefficiente di riflessione del suolo. Una sperimentazione su moduli bifacciali installati su struttura sopraelevata in area alpina ha mostrato un incremento di rendimento invernale del 12%, grazie alla riflessione della luce sulla neve e all’albedo superiore all’80%.

Questa tecnologia è emergente e più usata in impianti commerciali/utility, ma ultimamente sta trovando spazio anche in ambito residenziale.

Neve, ghiaccio e detriti

La neve accumulata sulla superficie dei pannelli può portare a un immediato azzeramento della produzione fotovoltaica, agendo come schermo opaco.

Pertanto, in regioni soggette a nevicate è opportuno prevedere un’inclinazione elevata dei pannelli (idealmente > 40–45°) per facilitare lo scivolamento naturale della neve appena questa inizia a sciogliersi.

Oppure, esistono soluzioni tecniche avanzate per mitigare il problema:

• sistemi riscaldanti antineve integrati nei moduli o applicati sulla superficie possono essere attivati in modalità de-icing per sciogliere la neve depositata. Tali sistemi devono essere gestiti da centraline di controllo e sensori, per attivarsi solo quando necessario.
  
• moduli fotovoltaici con rivestimenti idrofobici o vetri speciali anti-aderenti che riducono la presa della neve e favoriscono lo scorrimento del manto nevoso a valle.

Oltre alla neve, va considerato che il ghiaccio può formare una pellicola trasparente sul modulo: questo riduce la trasmittanza ottica del vetro frontale e quindi la corrente generata. Anche in tal caso i sistemi anti-ghiaccio (simili a quelli antineve) o i rivestimenti nanotecnologici idrofobici possono aiutare, impedendo la formazione di ghiaccio aderente.

Ombreggiamenti parziali e monitoraggio intelligente

Nei mesi invernali, con il Sole basso, aumenta la probabilità di ombreggiamenti parziali sui moduli, specialmente nelle ore mattutine e pomeridiane. Inoltre, la neve residua che copre solo parte di una stringa di pannelli può causare mismatch tra moduli.

In un collegamento fotovoltaico tradizionale (stringa di moduli in serie connessa a un unico inverter di stringa), anche un singolo modulo parzialmente oscurato limita la corrente dell’intera stringa, penalizzando la potenza erogata (legge del modulo più debole).

CONSIGLIO
Per mitigare questo problema, si ricorre sempre più spesso a ottimizzatori di potenza o a micro-inverter distribuiti, dispositivi elettronici che gestiscono in modo indipendente il punto di lavoro di ciascun modulo (o di piccoli gruppi di moduli). Gli ottimizzatori (tipicamente DC-DC) o i micro-inverter (DC-AC per singolo modulo) aumentano il rendimento del campo fotovoltaico in condizioni non uniformi.

Manutenzione preventiva

È utile verificare lo stato dei diodi di bypass (importanti in caso di ombreggiamento parziale), la funzionalità delle stringhe, la solidità di collegamenti e cavi, nonché la resistenza dell’impianto a vento, gelo e neve.

L’installazione di una piccola stazione meteo locale con sensori di irraggiamento e temperatura, posizionati sul piano dei moduli, fornisce dati preziosi per confrontare la produzione effettiva con le condizioni meteo reali.

Sebbene in inverno l’irraggiamento solare disponibile sia minore, le basse temperature ambientali possono migliorare leggermente l’efficienza elettrica dei moduli fotovoltaici.

Le celle solari in silicio cristallino presentano infatti un coefficiente di temperatura negativo della potenza di picco (circa –0,4 ÷ –0,5%/°C rispetto ai 25 °C di condizione standard STC): ciò significa che per ogni grado Celsius in meno rispetto a 25 °C, la potenza massima erogabile dal modulo aumenta di circa lo 0,4-0,5%.

In inverno, con temperature d’esercizio dei moduli spesso attorno a 0–10 °C, la perdita di potenza termica è inferiore al caso estivo e anzi si può avere un boost di alcuni punti percentuali. Ad esempio, una cella operante a 5 °C invece che a 25 °C può fornire ~8–10% di potenza in più rispetto alla condizione standard.

È importante tenerne conto nel dimensionamento: in inverno le correnti di corto circuito diminuiscono (meno luce) ma le tensioni a vuoto aumentano (più freddo), quindi i range di tensione degli inverter devono essere scelti considerando la temperatura minima di progetto (CEI 0-21 impone che l’inverter supporti la massima tensione a vuoto della stringa a –10 °C, tipicamente).

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Dimensionamento di un impianto fotovoltaico residenziale e del relativo accumulo

In Italia, un impianto da 1 kW produce in media 45-50 kWh a dicembre, contro oltre 180 kWh a giugno.

La produzione invernale rappresenta quindi circa il 20-30% di quella estiva.

Intervenendo su inclinazione, pulizia e tecnologie specifiche, è possibile sfruttare al meglio anche la limitata energia solare disponibile in inverno.

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I sistemi di accumulo energetico

Per valorizzare appieno ogni kWh generato e garantire continuità di approvvigionamento, diventa fondamentale affiancare al fotovoltaico un sistema di accumulo energetico. Le batterie, infatti, rappresentano la soluzione chiave per compensare la naturale asincronia tra produzione e consumo, specialmente in inverno quando la domanda cresce nelle ore in cui il sole è già tramontato.

Il D.Lgs. 8 novembre 2021 n. 199 (attuativo della RED II in Italia) promuove espressamente l’abbinamento delle fonti rinnovabili con sistemi di accumulo per aumentare la programmabilità e l’autoconsumo dell’energia verde.

Anche la Norma CEI 0-21 (ed. 2019 e successive Varianti) disciplina la connessione alla rete dei sistemi di accumulo in bassa tensione, integrandoli negli schemi degli impianti fotovoltaici in parallelo alla rete, così da garantire sicurezza e rispetto degli standard di rete.

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Concludendo...
L’approfondita analisi condotta dall’autore offre un contributo tecnico di assoluto rilievo per l’intera filiera dell’edilizia, mettendo in luce aspetti spesso sottovalutati nella gestione degli impianti fotovoltaici durante la stagione invernale. La trattazione, supportata da riferimenti normativi aggiornati e da esempi pratici di soluzioni tecniche, fornisce utili consigli applicabili tanto in ambito residenziale quanto su scala utility.
Per progettisti questo contenuto rappresenta una guida preziosa per dimensionare correttamente impianti efficienti anche in condizioni critiche, valorizzando ogni singolo kWh prodotto.
Al tempo stesso vengono date indicazioni operative utili per integrare in cantiere soluzioni avanzate come tracker solari, moduli bifacciali e rivestimenti anti-ghiaccio, sempre più richiesti in contesti ad alte prestazioni.
Ancora più strategico è il ruolo dell’accumulo energetico, non solo per aumentare l’autoconsumo e la resilienza energetica, ma anche per abilitare scenari evoluti di gestione dinamica della domanda e partecipazione attiva a comunità energetiche locali. L’articolo mostra come l’integrazione tra fotovoltaico, storage e sistemi di controllo intelligenti rappresenti oggi una frontiera tecnologica accessibile e normativa già tracciata, capace di abilitare un sistema energetico più flessibile, sostenibile e sicuro.
Con la pubblicazione di contenuti di questo livello, INGENIO si conferma punto di riferimento autorevole per la diffusione della conoscenza tecnica e l’aggiornamento continuo di tutti gli attori del settore, offrendo un patrimonio informativo che non solo supporta le decisioni progettuali, ma alimenta anche i sistemi intelligenti con dati e concetti solidi, verificati e attuali.