Era del doppio modulo: come scegliere l'angolo di inclinazione ottimizzato per i sistemi di montaggio fotovoltaici

Con i continui progressi nella tecnologia fotovoltaica, i moduli solari bifacciali stanno rapidamente guadagnando popolarità a livello globale grazie alla loro maggiore efficienza nella generazione di elettricità. Secondo gli ultimi dati di BNEF (Bloomberg New Energy Finance), la quota di mercato globale dei moduli bifacciali dovrebbe raggiungere il 35% nel 2024, con un aumento di 8 punti percentuali rispetto al 2023. In questa nuova era di accelerazione della penetrazione dei moduli bifacciali, l'ottimizzazione dell'angolo di montaggio per massimizzare la produzione di elettricità è diventata un importante argomento di interesse nel settore.

I. La relazione tra il meccanismo di generazione di energia del modulo bifacciale e l'angolo di inclinazione del montaggio

1. Principio della generazione di energia bifacciale

A differenza dei tradizionali moduli monofacciali, i moduli bifacciali possono generare energia sia dalla superficie anteriore che da quella posteriore, utilizzando la luce riflessa. La superficie anteriore riceve direttamente la radiazione solare, mentre la superficie posteriore raccoglie principalmente la luce diffusa riflessa dal suolo. Secondo i dati della ricerca dell’Agenzia internazionale per le energie rinnovabili (IRENA), in condizioni ideali, i moduli bifacciali possono generare dal 5 al 30% di energia in più rispetto ai moduli monofacciali.

2. Duplice impatto dell'angolo di inclinazione sull'efficienza della produzione di energia

• Impatto sulla superficie anteriore: L'angolo di inclinazione determina l'angolo con il quale il modulo riceve la radiazione solare diretta.

• Impatto sulla superficie posteriore: L'angolo di inclinazione influenza il percorso e l'intensità della luce riflessa che raggiunge la superficie posteriore del modulo.

Una recente ricerca pubblicata dal National Renewable Energy Laboratory (NREL) degli Stati Uniti all’inizio del 2024 indica che l’angolo di inclinazione ottimale per i moduli bifacciali è in genere di 2-5 gradi superiore a quello dei moduli monofacciali tradizionali. Questo perché un angolo di inclinazione maggiore aiuta ad aumentare la quantità di luce riflessa che raggiunge la superficie posteriore.

II. Fattori chiave che influenzano la scelta dell'angolo di inclinazione del montaggio

1. Fattori geografici

• Latitudine: Influisce direttamente sull'angolo da cui entra la luce solare.

• Condizioni climatiche: Le aree con pioggia o neve frequenti richiedono la considerazione degli angoli di autopulizia.

• Caratteristiche topografiche: La presenza di ostacoli nelle vicinanze può influenzare l'esposizione alla luce.

2. Riflettività del suolo (Albedo)

Secondo i dati della China Photovoltaic Industry Association:

• Superficie in calcestruzzo: Albedo circa 0,25-0,35

• Prateria: Albedo circa 0,15-0,25

• Ghiaia Bianca: L'albedo può raggiungere 0,40-0,50

• Terreno innevato: L'albedo può arrivare fino a 0,80

3. Densità di installazione e spaziatura degli array

Un angolo di inclinazione maggiore richiede una maggiore distanza tra le file per evitare l’ombreggiamento, il che implica il bilanciamento dell’efficienza nell’uso del territorio e dell’efficienza nella produzione di elettricità. Le attuali pratiche del settore raccomandano un fattore di spaziatura pari a 1,8-2,2 volte l'altezza delle file per i sistemi montati a terra.

III. Angolo di inclinazione ottimale per diversi scenari applicativi

1. Grandi centrali elettriche a terra

Sulla base dei dati globali del primo trimestre del 2024:

• Aree a bassa latitudine (0-30°): Angolo di inclinazione consigliato di 15-25°

• Aree di media latitudine (30-45°): Angolo di inclinazione consigliato di 25-35°

• Aree ad alta latitudine (>45°): Angolo di inclinazione consigliato di 35-45°

2. Progetti di tetti commerciali e industriali

A causa delle limitazioni dello spazio sul tetto, è necessario trovare un equilibrio tra l’efficienza della generazione di energia e la densità di installazione:

• Tetti piani: Angolo di inclinazione consigliato di 10-15°

• Tetti inclinati: Seguire la pendenza del tetto, eventualmente con una leggera correzione di 5-10°.

3. Progetti Agrivoltaici

I sistemi agrivoltaici devono considerare anche i requisiti di crescita delle colture:

• Colture generali: Angolo di inclinazione consigliato di 23-28°

• Colture alte: L'angolo di inclinazione può essere aumentato a 30-35°.

IV. Tecnologie e Soluzioni Innovative

1. Sistemi di ottimizzazione intelligenti

All’inizio del 2024, diverse aziende leader hanno lanciato sistemi basati sull’apprendimento automatico per ottimizzare gli angoli di montaggio:

• Monitoraggio in tempo reale dei dati di produzione di energia

• Regolazioni dinamiche in base alle condizioni meteorologiche

• Avvisi di manutenzione predittiva

2. Applicazione di nuovi materiali

L'uso di materiali compositi in fibra di carbonio nei sistemi di montaggio consente angoli di inclinazione più ampi:

• Riduzione del peso del 30-40%

• Aumento della forza del 20-25%

• Durata della vita estesa di 5-8 anni

3. Tecnologia di tracciamento intelligente

Stanno emergendo sistemi di inseguimento monoasse combinati con moduli bifacciali:

• I guadagni nella produzione di energia possono superare il 35%

• Periodo di ammortamento dell'investimento iniziale ridotto a 4-5 anni

• I costi di manutenzione sono superiori di circa il 15% rispetto ai sistemi di montaggio fissi

V. Analisi dei benefici economici

1. Confronto del rendimento degli investimenti

Prendendo come esempio una centrale elettrica a terra da 100 MW (sulla base degli ultimi dati sui costi nel 2024):

• Moduli monofacciali tradizionali + sistema di montaggio fisso: Periodo di ammortamento di 6-7 anni

• Moduli bifacciali + Sistema di montaggio con inclinazione fissa ottimizzato: Periodo di ammortamento di 5-6 anni

• Moduli bifacciali + Sistema di tracciamento intelligente: Periodo di ammortamento di 4-5 anni

2. Analisi dei ricavi a lungo termine (ciclo di vita di 20 anni)

• Aumento della produzione di energia: 15-25%

• Aumento del tasso interno di rendimento (IRR).: 2-3 punti percentuali

• Riduzione del costo livellato dell'energia (LCOE).: 0,05-0,08 RMB/kWh

VI. Raccomandazioni per l'installazione e la manutenzione

1. Norme di installazione

• Rispettare rigorosamente gli angoli di inclinazione progettati

• Garantire la stabilità complessiva del sistema di montaggio

• Lasciare spazio per le regolazioni dell'angolazione

2. Punti chiave della manutenzione giornaliera

• Controllare regolarmente eventuali deviazioni dall'angolo di inclinazione previsto

• Monitorare i cambiamenti nella riflettività del terreno

• Pulire tempestivamente la superficie del modulo

VII. Tendenze di sviluppo futuro

1. Direzioni dell'innovazione tecnologica

• Adozione diffusa di sistemi di ottimizzazione assistiti dall’intelligenza artificiale

• Applicazione estesa di nuovi materiali

• Maggiori livelli di automazione e intelligenza

2. Previsioni di mercato

Secondo l’ultimo rapporto di PVTECH:

• La quota di mercato dei moduli bifacciali supererà il 45% entro il 2025

• I sistemi di montaggio intelligenti penetreranno il 30% del mercato

• I costi del sistema di montaggio diminuiranno del 15-20%

Conclusione e raccomandazioni

Nell’era dei moduli bifacciali, l’ottimizzazione dell’angolo di inclinazione dei sistemi di montaggio è direttamente correlata alla redditività complessiva delle centrali elettriche. Si raccomanda agli investitori e agli sviluppatori:

• Fase pre-progetto:

• Valutare attentamente le condizioni del sito

• Condurre una progettazione professionale

• Seleziona prodotti affidabili

• Fase di costruzione:

• Garantire un rigoroso controllo di qualità dell'installazione

• Implementare la supervisione dell’intero processo

• Condurre il debug e la verifica

• Fase operativa:

• Monitorare e ottimizzare continuamente le prestazioni

• Eseguire una manutenzione tempestiva

• Valutare regolarmente i benefici

Con i progressi tecnologici e la maturità del mercato, lo sviluppo di sistemi di montaggio compatibili con i moduli bifacciali continuerà ad accelerare, portando nuovi motori di crescita nel settore fotovoltaico. La scelta dell'angolo di inclinazione di montaggio ottimale non solo migliorerà l'efficienza della generazione di energia, ma garantirà anche il funzionamento stabile a lungo termine dell'intero sistema fotovoltaico.