Modulo fotovoltaico, l’unità base dei pannelli solari

Si può parlare di modulo fotovoltaico in presenza di più celle fotovoltaiche collegate tra loro.

Cosa si intende per modulo fotovoltaico

Questo dispositivo converte l’energia solare in energia elettrica utilizzando diversi pannelli fotovoltaici. chiamati anche pannello solari. Il modulo è dunque l’unità di base della tecnologia fotovoltaica ed è utilizzato per generare energia dall’irragiamento solare.

Più celle fotovoltaiche possono essere collegate in serie o in parallelo e poi racchiuse da un involucro protettivo.

Realizzate con materiali semiconduttori, di solito il silicio, generano una corrente elettrica quando vengono colpite dalla luce solare. L’energia solare assorbita viene poi convertita in energia elettrica, utilizzabile immediatamente o per alimentare delle batterie.

Concepiti per essere installati all’aperto, così da sfruttare al massimo l’energia solare disponibile, tali moduli sono costituiti da materiali robusti e resistono agli agenti atmosferici. Sono disponibili in diverse dimensioni e potenze, a seconda dell’applicazione e delle esigenze specifiche.

Un sistema fotovoltaico completo è costituito sia dai moduli fotovoltaici, che altri componenti come l’inverter che serve a convertire l’energia continua generata dai moduli in corrente alternata, che è quella utilizzabile dai gestori nelle reti nazionali, sistemi di montaggio, cavi e dispositivi di protezione e controllo.

A cosa serve un modulo fotovoltaico

Viene utilizzato per generare energia elettrica in un impianto solare, sia su un edificio residenziale che commerciale. Può essere montato sul tetto, su terreno aperto o integrato in strutture come le pensiline dei parcheggi.

L’energia elettrica generata dai moduli fotovoltaici può essere utilizzata per alimentare apparecchiature elettriche direttamente, o alimentare delle batterie per un uso futuro.

Dove collocare i moduli solari

I pannelli possono essere collocati direttamente sul suolo, ad esempio nei parchi solari dedicati alla produzione su scala industriale. Ma per uso domestico motivi di sicurezza impediscono di posizionarli a terra. Sarebbe infatti pericoloso, poiché la loro superficie può raggiungere temperature fino a 80° nelle ore centrali della giornata.

Esistono anche vetri fotovoltaici e termici installabili sulle finestre. La difficoltà consiste nel catturare abbastanza energia solare pur facendo entrare la luce, e limitando il calore immesso nell’edificio. Questo tipo di progetto è particolarmente adatto agli edifici alti, dove le superfici vetrate offrono un grande potenziale. Negli edifici residenziali, questa innovazione non è conveniente come i pannelli montati sul tetto.

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Vari tipi di modulo fotovoltaico

Esistono 4 tipi principali di modulo che costituiscono l’unità-base del pannello, e possono avere caratteristiche diverse a seconda dell’impiego:

• pannelli solari fotovoltaici: i più diffusi, servono a generare elettricità per alimentare un impianto elettrico
• pannelli solari termici: servono a riscaldare un fluido termovettore per alimentare un impianto di riscaldamento idraulico o un sistema di produzione di acqua calda sanitaria (come la caldaia, un boiler per la produzione di acqua calda sanitaria)
• pannelli solari aerotermici sono pannelli solari ad aria calda, cioè utilizzano direttamente l’aria come fluido vettore del calore invece dell’acqua. Un sistema di ventilazione recupera il calore da sotto il pannello e la immette all’interno dell’abitazione. In questo modo generano elettricità ed al contempo riscaldano l’ambiente lo deumidificano, ricambiando l’aria.
• pannelli solari ibridi: sono un mix di fotovoltaico e termico, e si utilizzano per generare sia elettricità che acqua calda per un sistema di riscaldamento ad acqua calda che lavora per irraggiamento, come i termosifoni. Sono ideali anche per l’autoconsumo.

I vari tipi di modulo fotovoltaico

A seconda del tipo di pannello scelto, è possibile avere diverse tecnologie alla base del modulo fotovoltaico, destinate all’ottimizzazione delle prestazioni del pannello.

Le celle in silicio cristallino

Sono le più diffuse sul mercato e impiegano la tecnologia più collaudata, con una durata media di 30 anni e un’efficienza compresa tra il 12% e il 20%. I moduli che utilizzano questo tipo di celle costituiscono i pannelli solari monocristallini, che hanno celle costituite da un unico cristallo di silicio, per ottimizzare la resa del pannello in regioni con bassi livelli di luce solare, ed i pannelli solari policristallini (o multicristallini) sono composti da cristalli di silicio di dimensioni diverse, consigliati per le aree con alti livelli di luce solare.

Le celle solari a film sottile

Sviluppate negli anni ’60 e meno diffuse di quelle al silicio, hanno un’efficienza tra il 7% e il 13, e sono costituite da un sottile strato di materiale semiconduttore posto su un substrato che può essere vetro, metallo o plastica. Flessibili, ideali per tetti piani o leggermente inclinati, possono impiegare come materiale semiconduttore tellururo di cadmio, diseleniuro di rame, indio e gallio, silicio amorfo idrogenato e altri semiconduttori III-V. Alcuni di questi semiconduttori sono rari o tossici (in particolare l’arsenico), per cui questa tecnologia resta poco sviluppata e gli investimenti nella ricerca sono inferiori rispetto alle celle in silicio cristallino.

Le celle organiche

Al centro di numerose ricerche negli ultimi anni, anche per il loro basso costo, offrono un’efficienza tra il 3% e il 5%, ma la loro durata è limitata. Hanno almeno uno strato attivo fatto di materiale organico e usano dei semiconduttori come celle a polimeri, celle a perovskite, e anche celle sensibilizzate ai coloranti, che si basano su un processo fotoelettrochimico ispirato alla fotosintesi delle piante.

Infine, esistono anche moduli che impiegano celle ibride, dalla maggiore efficienza energetica (fino al 29% in più), e consentono di progettare moduli innovativi, che combinano il meglio delle tecnologie attualmente presenti sul mercato (in termini di costi, efficienza, prestazioni e robustezza), e rappresentano il futuro dei pannelli solari.

Quanti pannelli fotovoltaici servono per fare 6 kW

Prima di partire con un impianto solare per la propria casa, è essenziale decidere le dimensioni dei pannelli solari e quindi del numero di moduli fotovoltaici necessari ai propri fabbisogni, in particolare la sua potenza e il numero di pannelli da installare.

Il mercato offre pannelli sempre più efficienti, per cui moduli installati 30 anni fa non saranno così potenti o redditizi come quelli di ultima generazione. Il ciclo di vita è di circa 40 anni, al termine di questo periodo, le prestazioni diminuiscono e non sono all’altezza delle installazioni più recenti, per cui è tempo di partire con il riciclo dei  pannelli solari.

Per calcolare il numero di pannelli fotovoltaici necessari ci si basa sul consumo annuo di elettricità di una abitazione.

Espresso in chilowattora (kWh), lo si può trovare sulla bolletta o fare una stima grazie a dei tool gratuiti di simulazione dei consumi che si trovano online.

Consumo per una famiglia

Il consumo di elettricità di una famiglia dipende da una serie di fattori:

• la superficie dell’abitazione
• l’isolamento dell’abitazione
• il numero di persone che vi abitano 
• la quantità e la qualità degli elettrodomestici presenti

Anche in questo caso è possibile fare una rapida stima sulla base della sola superficie dell’abitazione, ma il consumo annuo di elettricità può variare a seconda delle abitudini di consumo o delle prestazioni energetiche dei locali, ma è pressapoco :

• circa 5.500 kWh per una superficie di 30 m²
• circa 9.000 kWh per una superficie di 50 m²
• circa 12.500 kWh per una superficie di 75 m²
• circa 15.500 kWh per una superficie di 100 m²
• circa 18.500 kWh per una superficie di 120 m²

Numero pannelli necessario

Il numero di pannelli fotovoltaici necessari è basato sul consumo annuo di elettricità dell’abitazione. Una volta noto il consumo annuo (espresso in kWh o in euro), è molto facile stimare il numero di pannelli solari necessari.

• il numero di pannelli fotovoltaici è compreso tra 8 e 12 per una superficie inferiore a 70 m² e un consumo domestico annuo in kWh inferiore a 11.000 kWh.
• il numero di pannelli fotovoltaici è compreso tra 16 e 20 per una superficie compresa tra i 70 e i 110 m² ed un consumo domestico annuo in kWh compreso tra 11.000 e 17.000 kWh
• il numero di pannelli fotovoltaici è compreso tra 25 e 30 per una superficie inferiore a 110 m² con un consumo domestico annuo in kWh superiore a 17.000 kWh

Inoltre, il numero di pannelli modifica la potenza totale dell’impianto fotovoltaico (espressa in kilowatt-picco o watt peak) che rappresenta la potenza massima che il modulo può generare in condizioni di irraggiamento solare standard.

Potenza del modulo

Ogni modulo ha generalmente una potenza compresa tra 250 e 350 Wp (cioè tra 0,25 e 0,35 kWp).

Questa potenza è un parametro molto importante, in quanto determina la quantità di elettricità che può essere generata da un pannello. Gli impianti fotovoltaici installati su abitazioni private hanno di solito una potenza compresa tra 1 e 9 kWp e sono generalmente classificati in 3 categorie: impianti da 3 kWp, impianti da 6 kWp e impianti da 9 kWp.

• il numero di pannelli solari per 3 kWp: da 8 a 12
• il numero di pannelli solari per 6 kWp: da 16 a 20
• il numero di pannelli solari per 9 kWp: da 25 a 30

Nell’esempio si utilizzano pannelli fotovoltaici con potenza standard di 300 Wp, così che il calcolo è 6 kW = 6,000 W. Considerando la potenza standard di un singolo pannello pari a 300 Wp:

Numero di pannelli necessari = Potenza totale / Potenza del singolo pannello
Numero di pannelli necessari = 6,000 W / 300 Wp = 20 pannelli

Quindi, nel caso di pannelli fotovoltaici da 300 Wp, sarebbero necessari 20 pannelli per raggiungere una potenza totale di 6 kW.

Si tratta ovviamente d’informazioni di carattere generale e servono solo a dare un’idea del numero di moduli e quindi pannelli fotovoltaici che potrebbe essere necessario installare.

Quanto costa installare un impianto fotovoltaico da 6 kW

È sempre bene rivolgersi a installatori professionisti, che saranno in grado di proporre un progetto personalizzato per calcolare il numero di pannelli fotovoltaici necessari, e quanto si arriva a spendere. Sono diversi i fattori da considerare, tra cui la regione geografica, il tipo di impianto, i materiali utilizzati, le caratteristiche dell’edificio e la complessità dell’installazione. Tuttavia, possiamo fornire una stima approssimativa dei costi.

In generale, i costi di un impianto fotovoltaico sono espressi in costo per watt (euro/Watt) o costo per kilowatt (euro/kW). Si può stimare come valido un valore che resta in un range tra 1000 euro e 2500 euro per kW installato.

Quindi, per un impianto fotovoltaico da 6 kW, il costo totale potrebbe essere approssimativamente tra 6000 e 15000 euro. Si tratta come sempre di valori approssimativi, perché i costi effettivi variano in base a diverse variabili e alla situazione specifica.

È importante considerare anche che in molti Paesi esistono incentivi e agevolazioni per l’installazione di impianti fotovoltaici, come sussidi governativi, crediti d’imposta o tariffe di incentivazione. Questi incentivi possono influire sul costo finale e sulla redditività del tuo impianto fotovoltaico.

Per ottenere una stima più accurata dei costi, è consigliabile rivolgersi ad una azienda specializzata nell’installazione di impianti fotovoltaici nella propria area e richiedere preventivi dettagliati. In questo modo, si avranno informazioni specifiche e personalizzate per le proprie esigenze.

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Ultimo aggiornamento il 6 Luglio 2024 da Rossella Vignoli