Pannelli fotovoltaici e Ombreggiamento

Come si comporta un pannello fotovoltaico quando è sottoposto a ombreggiamento. Di quanto diminuiscono le prestazioni se una o più celle, di un modulo fotovoltaico, vengono coperte o ombreggiate da alberi o comignoli. Perchè vengono utilizzati i diodi di bypass. Quale funzione hanno i diodi di by-pass. Spieghiamo l'effetto hotspot nei pannelli fotovoltaici e come si origina.

Cosa succede quando oscuriamo una cella fotovoltaica

Per rispondere a questa domanda dobbiamo conoscere il comportamento elettrico di una cella fotovoltaica. Una cella fotovoltaica ha un comportamento elettrico simile ad un diodo. Nel caso di normale funzionamento la cella fotovoltaica genera una tensione positiva ai capi dell'anodo (faccia argentata non esposta alla luce) ed il verso della corrente è dal catodo verso l'anodo, cioè con un verso opposto a quello che si ha quando si polarizza direttamente un diodo.

Nel caso la cella venga oscurata parzialmente, la corrente di uscita si riduce in proporzione alla quantità di superficie oscurata. Se, per esempio, una cella fotovoltaica che genera normalmente 10A viene oscurata a metà la sua corrente di uscita si riduce a 5A. Quando la cella è totalmente ombreggiata smette di generare corrente. Quando una cella è collegata elettricamente in serie ad altre celle fotovoltaiche, cioè quello che normalmente avviene nei pannelli fotovoltaici, ed è sottoposta ad ombreggiamento al 100% della sua superficie, la sua corrente generata è zero.

La cella ombreggiata smette di funzionare, mentre le altre celle che compongono il pannello fotovoltaico, non essendo ombreggiate, producono corrente e tensione che polarizzano inversamente la cella fotovoltaica ombreggiata. La cella ombreggiata diventa un carico elettrico a tutti gli effetti, e per effetto joule la corrente che la attraversa produce un aumento di temperatura che è proporzionale alla percentuale di superficie della cella che è oscurata.

Questo riscaldamento della cella, nei casi peggiori, può produrre l'effetto di hot spot, cioè di surriscaldamento della cella, fino ad arrivare ad incendiare la cella o sciogliere le saldature. L'effetto di hot spot produce un cambiamento irreversibile, cioè un degrado significativo fino al non funzionamento, nelle prestazioni del pannello fotovoltaico.

I diodi di bypass servono a cortocircuitare il pannello fotovoltaico in avaria. Così facendo il resto dell'impianto fotovoltaico può continuare a funzionare correttamente.
Uno dei modi per evitare effetti di ombreggiamento è progettare con cura l'impianto fotovoltaico e valutare attentamente gli andamenti delle ombre generate da comignoli, alberi, o antenne vicini ai pannelli fotovoltaici.