Se si vuole investire nel fotovoltaico, è fondamentale fare scelte consapevoli, partendo proprio dalla selezione dei moduli fotovoltaici. FuturaSun esamina un aspetto spesso trascurato ma cruciale: la resistenza meccanica dei pannelli fotovoltaici.
La resistenza meccanica dei moduli: perché conta
Quando si parla di pannelli fotovoltaici, l’attenzione è spesso rivolta ai parametri elettrici, come la potenza in watt. Tuttavia, scegliere un modulo soltanto in base alla potenza nominale, senza considerare il contesto specifico del progetto, può rivelarsi un errore costoso.
La scelta del pannello fotovoltaico deve tenere conto di variabili come il sito di installazione, le condizioni climatiche e le sollecitazioni meccaniche cui il modulo sarà sottoposto. In un periodo caratterizzato da eventi climatici sempre più estremi, come grandinate violente e raffiche di vento eccezionali, la resistenza meccanica dei pannelli è diventata un criterio fondamentale, spesso più importante della semplice efficienza energetica.
Nel 2023, fenomeni meteorologici straordinari hanno colpito diverse aree del mondo, tra cui il Nord Italia (Veneto, Friuli, Emilia-Romagna, Lombardia), Francia, Svizzera e Texas, causando gravi danni agli impianti fotovoltaici. Grandinate con chicchi di dimensioni record e venti estremi hanno messo a dura prova i pannelli, evidenziando come non tutti i moduli fotovoltaici siano progettati per resistere a queste condizioni.
Per questo motivo, la resistenza del vetro, la qualità dei materiali e il tipo di installazione sono diventati fattori centrali nella scelta del pannello fotovoltaico. Optare per soluzioni robuste e adatte al contesto può fare la differenza, garantendo non solo una maggiore durata dell’impianto, ma anche un ritorno economico sull’investimento a lungo termine.
Il ruolo cruciale del vetro nei pannelli fotovoltaici
La robustezza del vetro frontale è determinante per la resistenza del modulo. La sua frammentazione controllata, grazie alla natura temperata e stratificata, garantisce una maggiore sicurezza anche in caso di impatti violenti. Tuttavia, il passaggio negli anni da vetri più spessi (4 mm) a versioni più sottili (3,2 mm o meno) ha ridotto la resistenza meccanica, rendendo i pannelli più vulnerabili a eventi estremi.
Dati raccolti da analisi statistiche su migliaia di impianti mostrano che pannelli più recenti, con vetri più sottili, hanno riportato un numero maggiore di danni rispetto a quelli più datati. Questo è un chiaro segnale che i materiali utilizzati per migliorare l’efficienza e ridurre i costi possono avere un impatto negativo sulla resistenza meccanica.
La scelta dei materiali per i vari strati del modulo fotovoltaico ed in particolare la scelta del vetro frontale e posteriore è cruciale per determinare la loro capacità di resistere agli impatti, come quelli provocati dalla grandine. Negli ultimi dieci anni, l’industria fotovoltaica ha vissuto una vera rivoluzione tecnologica, con l’introduzione di componenti sempre più innovativi che consentono, per il pannello, maggiore efficienza, resa e affidabilità nel tempo. Tuttavia, con questa evoluzione sono emerse nuove sfide legate alla resistenza meccanica e quindi alla durabilità dei moduli fotovoltaici.
Vetro temprato o rinforzato? La chiave per moduli fotovoltaici più resistenti
In origine, la maggioranza dei moduli fotovoltaici era progettata con vetro singolo e configurazione detta “monofacciale” o “single glass”. Oggi, i moduli bifacciali o double-glass (vetro-vetro) dominano il mercato, apprezzati per la loro capacità di migliorare l’efficienza dell’impianto grazie alla presenza della cella bifacciale, oltre che per i vantaggi che offrono specialmente in contesti climatici particolari. Questi benefici includono una maggiore resistenza a nebbie saline, una migliore protezione contro l’abrasione della sabbia in ambienti desertici e una maggiore resistenza ai danni causati dal vapore acqueo nelle zone umide. La configurazione vetro-vetro garantisce anche una migliore stabilità termica, riducendo il rischio di hot spot e il degrado delle prestazioni nel tempo. Per questo motivo, i moduli fotovoltaici vetro-vetro sono particolarmente vantaggiosi in applicazioni particolari dove sia possibile sfruttare al massimo la bifaccialità del pannello, come nei grandi impianti a terra o sui tetti industriali con copertura bianca che incrementano l’albedo della luce.
Dall’altro lato, la configurazione double-glass ha portato nuove sfide, principalmente legate alla ridotta resistenza d’impatto del vetro e al suo più elevato rischio di rottura sotto stress meccanico.
Con l’obiettivo di ridurre i costi e il peso dei moduli fotovoltaici, sono stati adottati vetri più sottili, passando da 4 mm a 3,2 mm di spessore per i moduli single-glass e a 2 mm (o persino 1,6 mm) per quelli double-glass. Questa transizione ha reso essenziale un trattamento specifico del vetro, che deve essere temprato o termicamente rinforzato.
- Vetro temprato: il vetro viene riscaldato a circa 620-650°C e poi raffreddato rapidamente con getti d’aria forzata. Questo processo crea sul vetro una compressione superficiale ≥90 MPa, conferendogli una resistenza agli impatti fino a 4-5 volte superiore rispetto al vetro comune. Inoltre, in caso di rottura, il vetro temprato si frantuma in piccoli pezzi non taglienti, migliorandone la sicurezza e riducendo il rischio di lesioni durante la manutenzione. Questo tipo di vetro è più largamente utilizzato nel caso di moduli single-glass.
- Vetro rinforzato termicamente: il vetro viene riscaldato come il vetro temprato, ma il raffreddamento è più lento e controllato. Ciò porta a una compressione superficiale tra 24 e 69 MPa, con una resistenza inferiore rispetto al vetro temprato. Questo tipo di vetro è più largamente utilizzato nel caso di moduli double-glass.
Questa differenza è cruciale nel caso del vetro frontale del pannello solare, che rappresenta la prima linea di difesa contro la grandine e altri tipi di impatti. Per questo, i moduli single-glass con vetro temprato più spesso risultano più affidabili in condizioni climatiche estreme.
Perché non utilizzare vetro temprato per tutti i moduli fotovoltaici?
La risposta è legata ai limiti di produzione e ai costi. Con l’assottigliarsi del vetro, il processo di tempra diventa tecnicamente più complesso. Per vetri inferiori a 2 mm, è difficile ottenere una superficie perfettamente piatta, il che porta a bassi tassi di produzione e costi di produzione elevati.
Oggi i moduli double-glass sono assemblati con vetro rinforzato di 2 mm di spessore su entrambi i lati. Se si dovesse optare per l’uso combinato di un vetro temprato sul lato frontale (che, come detto sopra, sarebbe un vetro più spesso di 2mm) e di vetro rinforzato termicamente sul retro, si arriverebbe a una soluzione economicamente e logisticamente inefficiente, poiché ciò aumenterebbe sia il costo complessivo che il peso del modulo, rendendolo meno adatto al trasporto e all’installazione.
Grandine e standard di resistenza: il futuro richiede di più
Gli standard attuali per la resistenza alla grandine richiedono che i moduli fotovoltaici possano resistere a impatti di chicchi di 25 mm di diametro, congelati per un’ora a -4°C, e sparati a una velocità di 23 m/s (circa 83 km/h). Tuttavia, con l’intensificarsi degli eventi meteorologici estremi, in molte aree questa soglia non è più sufficiente.
Fortunatamente, si stanno sviluppando protocolli più avanzati, come la norma svizzera VKF, che classifica i pannelli in base alla resistenza meccanica e utilizza test più severi (ad esempio, chicchi di ghiaccio di 40 mm di diametro, congelati per almeno 48 ore a -20°C, e sparati a 99 km/h, come il test fatto nel Silk Nova Rhino di FuturaSun). Questi protocolli forniscono una valutazione più rigorosa della capacità di un modulo di resistere a condizioni meteorologiche estreme.
Vetro-vetro e vetro-backsheet a confronto
La scelta tra moduli vetro-vetro e vetro-backsheet dipende da molteplici fattori, inclusi il tipo di installazione, le condizioni climatiche locali e gli obiettivi del progetto. Si tratta di una decisione che richiede un’attenta valutazione delle specificità del progetto, poiché entrambe le configurazioni hanno punti di forza e limitazioni.
Ecco un confronto per identificare alcune tra le applicazioni ideali di ciascun tipo di pannello.
Moduli vetro-vetro: Il potere della bifaccialità
- Impianti agrivoltaici con pannelli verticali
- I moduli vetro-vetro bifacciali eccellono in impianti fotovoltaici e agrivoltaici in cui i moduli fotovoltaici sono installati verticalmente: questa configurazione sfrutta la bifaccialità per catturare la luce diretta e riflessa su entrambi i lati del modulo, massimizzando la produzione energetica
- La posizione verticale del pannello riduce significativamente il rischio di danni da grandine, poiché il vetro non è esposto direttamente agli impatti
- Grandi impianti a terra con trackers
- In sistemi a terra con tracker che orientano i pannelli verso il sole, i moduli vetro-vetro bifacciali permettono di sfruttare al massimo la luce diretta e riflessa dal suolo. Tuttavia, è fondamentale assicurarsi che i punti di fissaggio del modulo al tracker siano distribuiti correttamente per evitare sollecitazioni eccessive
- Installazioni in contesti climatici particolari e ambienti ad alta riflessione
- Nel caso di progetti in contesti umidi, ad alta salinità o temperatura, e in aree desertiche, i moduli vetro-vetro possono essere la soluzione ideale per massimizzare la potenzialità e la resistenza dell’impianto alle particolari condizioni climatiche
- Impianti con elevato albedo come quelli su tetti piani dotati di copertura bianca rappresentano un contesto ideale per i moduli bifacciali vetro-vetro. La luce riflessa contribuisce a un incremento significativo della produzione energetica, sfruttando appieno le caratteristiche dei moduli fotovoltaici
Moduli vetro-backsheet: affidabilità e praticità per tetti e installazioni standard
- Installazioni su tetti residenziali o commerciali
- I moduli vetro-backsheet sono la scelta ottimale per tetti inclinati o piani, dove la bifaccialità è marginale o irrilevante a causa della limitata luce riflessa sotto il pannello
- La maggiore resistenza meccanica del vetro frontale da 3,2 mm (o 4 mm nel caso del Silk Nova Rhino) offre un’eccellente protezione contro carichi di vento, neve e grandine, riducendo il rischio di danni
- Tetti con spazi ridotti o accesso difficile
- A differenza dei pannelli vetro-vetro, i moduli vetro-backsheet sono più leggeri e maneggevoli, facilitando l’installazione in spazi ristretti e su tetti con accesso complicato. Questo riduce i costi di manodopera e migliora la sicurezza per gli operatori
- Zone con eventi climatici estremi
- In contesti soggetti a tempeste, grandinate e nevicate frequenti, i vetro-backsheet offrono una resistenza meccanica superiore, garantendo una maggiore affidabilità contro fenomeni atmosferici estremi