Quanto durano i pannelli solari residenziali?

I pannelli solari residenziali sono spesso venduti con prestiti o leasing a lungo termine, e i proprietari di casa stipulano contratti di 20 anni o più. Ma quanto durano i pannelli e quanto sono resistenti?

La durata dei pannelli dipende da diversi fattori, tra cui il clima, il tipo di modulo e il sistema di scaffalatura utilizzato. Sebbene non esista una “data di scadenza” specifica per un pannello in sé, la perdita di produzione nel tempo costringe spesso al ritiro delle apparecchiature.

Quando si decide se mantenere il pannello in funzione per 20-30 anni o se cercare un aggiornamento in quel momento, il monitoraggio dei livelli di produzione è il modo migliore per prendere una decisione informata.

Degrado

Secondo il National Renewable Energy Laboratory (NREL), la perdita di rendimento nel tempo, detta degrado, si attesta in genere intorno allo 0,5% ogni anno.

In genere i produttori considerano 25-30 anni il momento in cui si è verificato un degrado sufficiente per prendere in considerazione la sostituzione di un pannello. Secondo il NREL, lo standard industriale per le garanzie di produzione è di 25 anni per i moduli solari.

Considerando un tasso di degrado annuale di riferimento dello 0,5%, un pannello di 20 anni è in grado di produrre circa il 90% della sua capacità originale.

La qualità dei pannelli può avere un certo impatto sui tassi di degrado. Il NREL riferisce che i produttori di qualità superiore, come Panasonic e LG, hanno tassi di degrado di circa lo 0,3% all’anno, mentre alcune marche si degradano fino allo 0,80%. Dopo 25 anni, i pannelli di qualità superiore potrebbero ancora produrre il 93% della loro produzione originale, mentre i casi a più alto degrado potrebbero produrre l’82,5%.

Una parte consistente del degrado è attribuita a un fenomeno chiamato degrado indotto dal potenziale (PID), un problema riscontrato da alcuni pannelli, ma non da tutti. Il PID si verifica quando il potenziale di tensione del pannello e la corrente di dispersione determinano la mobilità degli ioni all’interno del modulo tra il materiale semiconduttore e altri elementi del modulo, come il vetro, il supporto o la cornice. Ciò provoca una riduzione, in alcuni casi significativa, della capacità di produzione di energia del modulo.

Alcuni produttori costruiscono i loro pannelli con materiali resistenti al PID nel vetro, nell’incapsulamento e nelle barriere di diffusione.

Tutti i pannelli subiscono anche un fenomeno chiamato degrado indotto dalla luce (LID), in cui i pannelli perdono efficienza entro le prime ore di esposizione al sole. La LID varia da pannello a pannello in base alla qualità dei wafer di silicio cristallino, ma di solito si traduce in una perdita di efficienza dell’1-3%, come spiega il laboratorio di test PVEL, PV Evolution Labs.

Gli agenti atmosferici

L’esposizione alle condizioni atmosferiche è il principale fattore di degrado dei pannelli. Il calore è un fattore chiave sia per le prestazioni dei pannelli in tempo reale che per il loro degrado nel tempo. Secondo il NREL, il calore ambientale influisce negativamente sulle prestazioni e sull’efficienza dei componenti elettrici.

Controllando la scheda tecnica del produttore, è possibile trovare il coefficiente di temperatura di un pannello, che dimostrerà la capacità del pannello di funzionare a temperature più elevate.

Il coefficiente spiega quanta efficienza in tempo reale si perde per ogni grado Celsius in più rispetto alla temperatura standard di 25 gradi Celsius. Ad esempio, un coefficiente di temperatura pari a -0,353% significa che per ogni grado Celsius in più rispetto ai 25 gradi, si perde lo 0,353% della capacità produttiva totale.

Lo scambio di calore provoca il degrado dei pannelli attraverso un processo chiamato ciclo termico. Quando fa caldo, i materiali si espandono e quando la temperatura si abbassa, si contraggono. Questo movimento provoca lentamente la formazione di microfessure nel pannello, riducendo la produzione.

Nello studio annuale Module Score Card, PVEL ha analizzato 36 progetti solari operativi in India, riscontrando impatti significativi dovuti al degrado termico. Il degrado medio annuo dei progetti si è attestato all’1,47%, ma gli array situati nelle regioni montuose e più fredde si sono degradati a un tasso quasi dimezzato, pari allo 0,7%.

Una corretta installazione può aiutare a risolvere i problemi legati al calore. I pannelli devono essere installati a pochi centimetri dal tetto, in modo che l’aria convettiva possa scorrere al di sotto e raffreddare le apparecchiature. Per limitare l’assorbimento di calore, si possono utilizzare materiali chiari nella costruzione dei pannelli. Inoltre, componenti come gli inverter, dovrebbero essere collocati in aree ombreggiate, suggerisce CED Greentech.

Il vento è un’altra condizione atmosferica che può danneggiare i pannelli solari. Il vento forte può causare una flessione dei pannelli, chiamata carico meccanico dinamico. Questo provoca anche microfratture nei pannelli, riducendo la resa. Alcune soluzioni di scaffalatura sono ottimizzate per le aree a forte vento, proteggendo i pannelli dalle forti forze di sollevamento e limitando le microfessurazioni. In genere, la scheda tecnica del produttore fornisce informazioni sui venti massimi che il pannello è in grado di sopportare.

Lo stesso vale per la neve, che può ricoprire i pannelli durante le tempeste più intense, limitando la resa. La neve può anche causare un carico meccanico dinamico, degradando i pannelli. In genere, la neve scivola via dai pannelli, poiché sono viscidi e caldi, ma in alcuni casi il proprietario di casa può decidere di rimuovere la neve dai pannelli. Questa operazione deve essere eseguita con attenzione, poiché graffiare la superficie di vetro del pannello avrebbe un impatto negativo sulla resa.

Il degrado è una parte normale e inevitabile della vita di un pannello. Una corretta installazione, un accurato sgombero della neve e un’accurata pulizia dei pannelli possono contribuire a migliorare la resa, ma in definitiva un pannello solare è una tecnologia priva di parti in movimento che richiede pochissima manutenzione.

Standard

Per garantire che un determinato pannello abbia una lunga vita e funzioni come previsto, deve essere sottoposto a test standard per la certificazione. I pannelli, sia monocristallini che policristallini, sono soggetti ai test della Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC).

EnergySage ha dichiarato che i pannelli che raggiungono lo standard IEC 61215 sono testati per le caratteristiche elettriche, come le correnti di dispersione a umido e la resistenza di isolamento. Vengono sottoposti a un test di carico meccanico, sia per il vento che per la neve, e a test climatici che verificano la debolezza ai punti caldi, all’esposizione ai raggi UV, all’umidità e al gelo, al calore umido, all’impatto della grandine e ad altre esposizioni esterne.

La norma IEC 61215 determina anche le metriche di prestazione di un pannello in condizioni di test standard, tra cui il coefficiente di temperatura, la tensione a circuito aperto e la potenza massima erogata.

Sulla scheda tecnica di un pannello è presente anche il sigillo di Underwriters Laboratories (UL), che fornisce anche standard e test. UL esegue test climatici e di invecchiamento, nonché l’intera gamma di test di sicurezza.

I guasti

I guasti dei pannelli solari si verificano a un tasso ridotto. Il NREL ha condotto uno studio su oltre 50.000 sistemi installati negli Stati Uniti e 4.500 a livello globale tra il 2000 e il 2015. Lo studio ha rilevato un tasso di guasto mediano di 5 pannelli su 10.000 all’anno.

I guasti dei pannelli sono migliorati notevolmente nel corso del tempo, poiché è stato rilevato che i sistemi installati tra il 1980 e il 2000 presentavano un tasso di guasti doppio rispetto al gruppo successivo al 2000.

I tempi di inattività del sistema sono raramente attribuiti a guasti dei pannelli. Infatti, uno studio di kWh Analytics ha rilevato che l’80% di tutti i tempi di inattività degli impianti solari è dovuto al malfunzionamento degli inverter, il dispositivo che converte la corrente continua dei pannelli in corrente alternata utilizzabile. pv magazine analizzerà le prestazioni degli inverter nella prossima puntata di questa serie.

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