FAQ - Bifacial Gain, quanta energia in più può produrre un impianto con moduli bifacciali?

In questo articolo parleremo di moduli bifacciali e quanto potrebbe incidere l’aumento della producibilità su un impianto fotovoltaico utilizzando questa tipologia di moduli rispetto ai moduli monofacciali.

Cosa sono i moduli bifacciali

I moduli bifacciali sono dei moduli in grado di generare energia anche sul lato posteriore che, nella fattispecie, deve essere in grado di ricevere la luce tipicamente riflessa o diffusa. Per fare questo, banalmente, la parte posteriore dovrà essere trasparente e in genere questo si ottiene realizzando moduli di tipo vetro-vetro. Questo porta anche ad altri vantaggi come una maggiore durabilità del modulo, meno rischi legati al fenomeno del PID e una generale maggior resistenza a condizioni gravose.

Partiamo con il dire che i moduli bifacciali non sono propriamente un’invenzione degli ultimi anni, questa tipologia di moduli esiste più o meno da quando esistono i moduli monofacciali ovvero quelli che siamo abituati a vedere sui tetti delle abitazioni.

Dal 2019 a oggi, però, l’utilizzo di questa tipologia di moduli sta ricevendo sempre più quote di mercato e dal 9% del 2019 si è passati al 21% nel 2020 e, secondo una grafico PV Infolink questa quota dovrebbe arrivare al 60% nel 2025.

Principio di funzionamento dei moduli bifacciali

Il funzionamento è identico a quello dei moduli monofacciali, con la differenza che, oltre a generare energia da un lato (quello frontale), si è in grado di generare energia anche dal retro grazie alla possibilità di “catturare” anche l’irradianza diffusa e riflessa.

Fonte: NREL

L’irradianza diffusa fondamentalmente è la quantità di luce che viene dalle nuvole e dal cielo. Questo fenomeno incide per circa il 15% della radiazione globale nei giorni di sole e per percentuali molto maggiori nelle giornate nuvolose.

L’irradianza riflessa è, invece, la quantità di luce che viene riflessa da altri corpi quindi terreno, edifici ecc. La quantità di radiazione incidente riflessa da una superficie dipende dal coefficiente di riflessione, noto come albedo.

Prendiamo la definizione di Wikipedia di Albedo: “L'albedo (dal latino albēdo, "bianchezza", da albus, "bianco") di una superficie è la frazione di luce o, più in generale, di radiazione solare incidente che è riflessa in tutte le direzioni. Essa indica dunque il potere riflettente di una superficie. L'esatto valore della frazione dipende, per lo stesso materiale, dalla lunghezza d'onda della radiazione considerata.

L'albedo massima è 1, quando tutta la luce incidente viene riflessa. L'albedo minima è 0, quando è nulla la frazione della luce riflessa. In termini di luce visibile, il primo caso è quello di un oggetto perfettamente bianco, l'altro di un oggetto perfettamente nero. Valori intermedi significano situazioni intermedie.”

L’impatto sul dimensionamento degli inverter

La bifaccialità dei moduli fotovoltaici non crea variazioni della tensione ai capi dei connettori + e - in uscita dal singolo modulo fotovoltaico. Questo non implica quindi variazioni nel numero di moduli per stringa rispetto a una soluzione con moduli monofacciali.

A variare sarà, invece, la corrente che è influenzata dalla quantità di energia che colpisce la cella solare.

Mantenendo quindi la medesima tensione ma aumentando corrente generata otterremo una potenza generata maggiore. Questa maggiore potenza però è difficile da stimare a priori e amplifica il dilemma su quanto è opportuno aumentare il rapporto DC/AC.

Un rapporto DC/AC compreso tra 1,2 e 1,4 (campo fotovoltaico sovradimensionato dal 20% al 40% in relazione alla potenza dell'inverter) è abbastanza comune tra le scelte di dimensionamento.

Con i moduli bifacciali, però, il sovradimensionamento non assume più un valore fisso perché, come abbiamo visto sopra, la potenza massima dei moduli non è nota a priori e, soprattutto, non è noto per quanto tempo e con che intensità avremo un aumento di potenza rispetto alle condizioni STC.

Questo porterebbe a dover “tagliare” più energia prodotta rispetto a quanto stimato anche se è lecito attendersi che questo fenomeno venga, almeno in parte, compensato da un maggior produzione durante le ore non di picco.

I test sul campo

Questa sezione prende come riferimento i test eseguiti da Trina Solar ed illustrati nel documento “The Ultimate Guidebook for Bifacial System Design”. Dei tre test riportati prenderò solo i due eseguiti con strutture con orientamento e inclinazione fissi.

Test 1, Changzhou, Jiangsu, China.

Il test prevede l’installazione di moduli a 0,5 m di altezza con 4 diverse tipologie di pavimentazione, erba, sabbia, cemento e pavimentazione bianca. Nella tabella sotto sono riportati i risultati ed il confronto è eseguito tra moduli monofacciali e bifacciali sulle diverse superfici. Una nota importante, nella versione con fondo di cemento l’altezza dei moduli è stata fissata a 1,2 m da terra.

© 2022 Trina Solar Europe

Test 2, Yinchuan, Qinghai, China.

A differenza dell’esempio precedente abbiamo una sola tipologia di pavimentazione (sabbia). L’angolo di inclinazione è fisso a 40° e il test è stato condotto da aprile 2021 a settembre 2021.

© 2022 Trina Solar Europe

Alcune considerazioni finali

Dai due test condotti da Trina Solar mi sento di giungere a due conclusioni. La prima è che esiste un beneficio tangibile nell’utilizzare dei moduli fotovoltaici bifacciali per impianti a terra o su coperture piane in cui vi è sufficiente spazio a disposizione da mantenere un’adeguata distanza tra i moduli. Abbiamo infatti visto la differenza sostanziale nel caso 1 con albedo alto (fondo bianco) contro albedo basso (erba). Il dato che potreste, giustamente, chiedermi è il la differenza di costo tra una tipologia e l'altra. Nel documento di Trina Solar è esposta un'analisi dei LCOE per diversi casi di installazione con moduli bifacciali.

La seconda considerazione riguarda invece la difficoltà di prevedere il beneficio nel singolo caso specifico. Nel rapporto, che vi consiglio caldamente di andare a vedere se interessati all’argomento, si portano molti approfondimenti sui diversi fattori che influenzano il risultato finale. In questo articolo, per ragioni di fruibilità dell'articolo, non abbiamo parlato dell’impatto delle ombre, dell’altezza da terra dei moduli e della distanza tra le file (quello che nel documento è chiamato Pitch / Ground Coverage Ratio (GCR)).

Approfondimento a cura di Zamboni Daniele
Responsabile Tecnico Div. Fotovoltaico - LumenWatt