La crescente domanda di energia è causa scatenante di una crisi a livello mondiale che ha portato i vari governi a varare piani di incentivazione a favore delle energie rinnovabili e in particolare del fotovoltaico. Proiezioni EIA stimano che entro il 2030 i consumi energetici a livello mondiale cresceranno del 57%. La conversione dell'irradiazione solare in elettricità attraverso l'uso della tecnologia solare fotovoltaica (PV) rappresenta quindi l'alternativa più promettente e sottorappresentata sul mercato. Oggi, l'energia solare costituisce infatti meno dello 0,1% della produzione totale di energia a livello mondiale. Dati presentati da McKinsey prevedono che entro un massimo di 7 anni, l'energia solare non sovvenzionata possa costare all'utente di molti Paesi, tra i quali l'Italia, nè più nè meno che l'energia tradizionale generata da combustibili fossili o da energie alternative differenti da quella solare. Si stima che entro il 2020 la capacità installata globale aumenterà da 20 a 40 volte il livello attuale. I continui progressi nella tecnologia fotovoltaica rendono questa forma di energia rinnovabile particolarmente ben posizionata per la crescita futura. Con numerosi nuovi stabilimenti produttivi e con nuove tecnologie che stanno entrando nel mercato, il 2009 potrebbe diventare un anno all'insegna del solare.
Una gestione più intelligente
La nuova tecnologia di ottimizzazione della potenza (power-optimizer), SolarMagic di National Semiconductor rende la gestione dell'energia solare più intelligente. Oggi, l'installazione tipica di un modulo fotovoltaico per la generazione di energia solare consiste in un certo numero di pannelli adattati fra loro con precisione, i quali sono connessi in una serie di stringhe e posti in parallelo con altre serie di stringhe. La corrente DC generata da questo array alimenta successivamente un inverter sul lato dell'array. All'interno dei pannelli fotovoltaici vi sono delle stringhe di celle, e non è comune arrivare a centinaia di celle PV connesse in serie con questi array. Come avviene per le luci di Natale, se una cella in questa connessione non produce corrente, l'intera stringa smette di funzionare. Questo è esattamente ciò che accade quando si verifica l'ombreggiamento parziale o la deposizione di sedimenti sulle installazioni fotovoltaiche. Come rimedio, i pannelli moderni sono dotati di diodi di bypass integrati all'interno del pannello, che cercheranno di re-instradare la corrente dalle sezioni pesantemente danneggiate delle stringhe. Se attivi, questi diodi di bypass ridirigeranno la corrente attorno a grandi sezioni di stringa, non solo perdendo il potenziale contributo energetico di quelle celle, ma peggio, riducendo la tensione complessiva di quella stringa.
Ritornando al concetto di massimo punto operativo per le celle, l'inverter dovrà ora decidere se ottimizzare la tensione per la stringa danneggiata o se massimizzare la raccolta di energia dalle stringhe non danneggiate. In gran parte dei casi, l'inverter sceglierà di ottimizzare per le stringhe non danneggiate, facendo crollare ad un valore prossimo allo zero la raccolta di energia dalla stringa danneggiata. Il risultato è che un sistema fotovoltaico interessato da un ombreggiamento di appena il 10% può tagliare la produzione di energia della metà. Questo fenomeno ha a che fare con un'estrema sensibilità dell'architettura solare ai disadattamenti nel sistema fotovoltaico.
Più efficienza con SolarMagic
Negli ultimi anni, i ricercatori dei laboratori di National hanno studiato questo problema. Gli attuali pannelli presentano unicamente componenti elettronici passivi perché nessuno ha provveduto a integrare componenti elettronici attivi intelligenti e affidabili. La caratteristica principale che necessita di essere distribuita nei sistemi fotovoltaici è una funzione di ottimizzazione. Avvalendosi dei suoi 50 anni di esperienza nel settore del power management, National ha realizzato una soluzione innovativa nel solare, garantendo fin dall'inizio un elevato livello di affidabilità. La linea di nuovi prodotti per la gestione dell'energia solare è progettata per migliorare l'efficienza dei sistemi fotovoltaici grazie a un accurato controllo e all'ottimizzazione delle prestazioni ottenute a livello del singolo modulo.
La tecnologia SolarMagic, che sfrutta l'esperienza e la competenza di National negli algoritmi avanzati, combinata con tecnologie di punta a segnale misto e per la gestione dell'alimentazione, consente alle installazioni solari di recuperare fino al 50% della potenza persa a causa degli ombreggiamenti e dei disadattamenti dei pannelli, monitorando e massimizzando la raccolta di energia da ciascun pannello e massimizzando il flusso di energia attraverso l'array.
La distribuzione dell'intelligenza a livello di pannello consente a ciascuno di essi di operare al proprio punto di potenza massimo, indipendentemente da ciò che sta accadendo all'interno della stringa. Questo significa che gli array fotovoltaici possono ora essere installati anche se si ha un ombreggiamento parziale, rendendo possibile la generazione di energia solare verde. Nella sostanza, una nuova tecnologia di micro-ottimizzazione consentirà veramente all'energia solare di essere più pervasiva ed efficiente in condizioni reali.
Le zone d'ombra sono la paura degli installatori
Il 54% degli installatori di sistemi solari fotovoltaici ritiene che non sia accettabile una pur minima ombreggiatura nelle installazioni solari poste sui tetti di fabbricati residenziali o commerciali. National ha svolto uno studio sull'argomento allo scopo di interpretare il punto di vista degli installatori sull'impatto di una ombreggiatura parziale o temporanea. Considerando le caratteristiche dei pannelli solari, una modesta quantità di ombra che interessa un'area pari a circa il 10% del pannello solare, causa infatti una sproporzionata perdita di potenza che può raggiungere un livello del 50%.
Lo studio, condotto dal centro di ricerche di mercato Greenberg Quinlan Rosner, ha evidenziato che:
• il 41% degli installatori si è trovato a dover affrontare le problematiche derivanti dall'ombreggiatura durante le fasi di vendita o installazione di sistemi solari fotovoltaici;
• di questi, l'87% "frequentemente" o "sempre" progetta tenendo conto dell'ombreggiatura;
• un ulteriore 28% "frequentemente" o "sempre" dice al proprietario che il sistema solare non può essere installato.
Lo studio ha anche rivelato che in molti casi gli installatori hanno montato sistemi solari di dimensioni ridotte allo scopo di evitare l'utilizzo di aree ombreggiate del tetto. All'incirca un terzo degli installatori afferma che progettare tenendo conto dell'ombreggiatura aumenta il costo del sistema, e una buona parte pensa che questo comporti una perdita d tempo. Inoltre circa la metà degli installatori ha sperimentato un calo di prestazioni in sistemi impattati dall'ombreggiatura.
Ralf Muenster, direttore del segmento Energie Rinnovabili del Marketing strategico di National ha affermato che "L'ombreggiatura è un fenomeno comune che clienti e installatori stanno considerando. Esiste perciò una concreta necessità di informare il mercato che gli effetti dell'ombreggiatura possono essere efficacemente ridotti". L'ombra non può essere la causa che penalizza i sistemi ad energia solare. Mentre i costruttori di celle solari hanno investito milioni di dollari in ricerca e sviluppo per migliorare l'efficienza di conversione di frazioni dell'1%, la soluzione di problemi di potenza dovuti al non perfetto accoppiamento dei vari pannelli che compongono il sistema può portare a migliorare la resa dell'impianto fotovoltaico di oltre il 30%. Il nuovo sistema di ottimizzazione della potenza SolarMagic consentirà agli installatori di risolvere le problematiche derivanti dall'ombreggiatura, permettendo l'installazione dei sistemi fotovoltaici su tetti che fino ad oggi giudicati inadatti a causa dell'inadeguato livello di irraggiamento solare.
