Sì. Il fotovoltaico al silicio cristallino perde lo 0,3–0,45% della potenza per ogni grado di temperatura delle celle sopra il punto di riferimento di 25 °C, e in estate le celle sui tetti raggiungono di norma 60–70 °C: una perdita di potenza del 14–18% proprio quando l'irraggiamento è massimo. Il raffreddamento attivo ad acqua, come in un pannello ibrido PVT, mantiene le celle più fresche di 10–30 K e aumenta la resa elettrica annua del 5–15%, recuperando il calore asportato come acqua calda utilizzabile.
Perché i pannelli solari perdono potenza quando si scaldano?
La potenza del fotovoltaico al silicio cristallino cala all'aumentare della temperatura delle celle: il coefficiente di temperatura della potenza di un modulo tipico è da −0,3 a −0,45% per °C sopra le condizioni di prova standard di 25 °C (schede tecniche dei moduli; Fraunhofer ISE). Il calore aumenta la concentrazione intrinseca di portatori del semiconduttore, il che abbassa la tensione a circuito aperto della cella, e con essa cala la potenza. È una questione di fisica, non di qualità costruttiva: ogni modulo in silicio sul mercato lo presenta e ogni scheda tecnica lo riporta come «coefficiente di temperatura di Pmax».
A che temperatura arrivano davvero i pannelli solari?
Molto più alta di quella dell'aria circostante. I moduli standard lavorano a 20–25 K sopra la temperatura ambiente in pieno sole (le temperature nominali di esercizio delle celle, NOCT, si collocano a 44–48 °C) e le celle sui tetti raggiungono comunemente 60–70 °C in una giornata estiva a 30 °C.
| Temperatura delle celle | Potenza relativa (a −0,4%/°C) |
|---|---|
| 25 °C (condizioni di prova) | 100% |
| 45 °C (mite giornata di primavera) | 92% |
| 55 °C (tetto caldo) | 88% |
| 70 °C (tetto rovente in estate) | 82% |
L'amara ironia del fotovoltaico non raffreddato: la potenza per ogni watt installato è al minimo proprio nell'ora di massimo irraggiamento, perché è il momento in cui le celle sono più calde.
Quanta elettricità in più dà il raffreddamento?
Il raffreddamento attivo ad acqua, principio di funzionamento di un collettore ibrido PVT (fotovoltaico-termico), mantiene le celle più fresche di 10–30 K rispetto a un modulo non raffreddato esposto allo stesso sole e aumenta la resa elettrica annua del 5–15% (dati di campo IEA SHC Task 60). Il guadagno è maggiore nei climi caldi e soleggiati e quando il circuito di raffreddamento lavora a bassa temperatura: un circuito che alimenta la sorgente di una pompa di calore a 25–35 °C raffredda le celle molto più efficacemente di uno che preriscalda un accumulo di acqua calda a 60 °C. In un pannello PVT il fluido scorre attraverso un assorbitore laminato sul retro del modulo, così l'intera superficie delle celle viene raffreddata in modo uniforme.
Vale la pena raffreddare se poi il calore viene buttato via?
No. Far circolare acqua su un modulo solo per disperdere il calore procura un guadagno elettrico del 5–15% al prezzo di energia per la pompa, idraulica e manutenzione: un cattivo affare, ed è per questo che i «kit di raffreddamento per il fotovoltaico» da applicare a posteriori non hanno mai avuto senso commerciale. Il conto si ribalta quando il calore è il prodotto: una cella in silicio converte in elettricità circa il 20% della radiazione incidente, e gran parte del resto diventa calore nel modulo. Recuperare quel calore trasforma il circuito di raffreddamento da voce di costo nella maggiore delle due rese: i pannelli PVT raggiungono rendimenti combinati fino all'80% dallo stesso metro quadrato di tetto.
Che cosa determina il beneficio del raffreddamento in un impianto PVT reale?
Tutto dipende dalla temperatura del circuito. Se lo si fa lavorare a 25–45 °C sul lato sorgente di una pompa di calore, si ottengono sia il pieno vantaggio elettrico sia un flusso costante di calore a bassa temperatura; se lo si fa lavorare a 40–60 °C per il preriscaldamento diretto dell'ACS, si cedono alcuni punti di guadagno elettrico in cambio di calore a temperatura più alta. I pannelli PVT vetrati spingono ancora più in alto la resa termica a fronte di una piccola penalizzazione elettrica, mentre i pannelli non vetrati massimizzano la parte fotovoltaica. Quale configurazione prevalga dipende dalla superficie del tetto e dal profilo di consumo: PVT o fotovoltaico e solare termico separati illustra come decidere. Solimpeks produce pannelli ibridi PV-T dal 2008 proprio perché l'equazione del fotovoltaico raffreddato funziona solo se pannello, assorbitore e idraulica sono progettati come un unico prodotto.
Domande frequenti
Spruzzare acqua sui pannelli solari ne aumenta la potenza?
Per un momento sì, poi l'acqua evapora, le celle si riscaldano di nuovo nel giro di pochi minuti e gli spruzzi ripetuti lasciano calcare che oscura permanentemente il vetro. Lo spruzzo evaporativo non è una soluzione tecnica; lo è il raffreddamento continuo a circuito chiuso con recupero del calore, come in un pannello PVT.
Tutti i pannelli solari hanno lo stesso coefficiente di temperatura?
No. Il silicio cristallino tradizionale si colloca da −0,3 a −0,45%/°C, con le moderne celle di tipo n nella fascia migliore. Le tecnologie a film sottile si avvicinano a −0,2%/°C. Il valore esatto è riportato nella scheda tecnica di ogni modulo come coefficiente di temperatura di Pmax.
Il guadagno del 5–15% con il raffreddamento è garantito?
L'intervallo è reale, ma dipende da clima e progetto. I siti caldi e soleggiati con un circuito di raccolta freddo (funzionamento come sorgente per pompa di calore) si collocano in cima all'intervallo; i climi miti o i circuiti ACS ad alta temperatura vicino al fondo. Il riferimento affidabile sono i dati di prestazione certificati dello specifico modello PVT.
Perché non installare semplicemente un pannello fotovoltaico in più invece di raffreddare?
Su un tetto ampio, aggiungere un pannello è spesso la via più economica per ottenere più kWh. Dove la superficie del tetto è limitata, o dove l'acqua calda serve comunque, il confronto cambia, perché un pannello PVT restituisce sia l'elettricità recuperata sia oltre il 60% dell'energia del sole sotto forma di calore dallo stesso metro quadrato.