Ottimizzatori fotovoltaico: cosa sono e perché convengono

Uno dei principali vantaggi di un impianto fotovoltaico è l'autoconsumo, cioè la possibilità di conquistare una indipendenza energetica senza dover richiedere energia alla rete elettrica nazionale. Ma, per migliorare il risparmio energetico, è importante massimizzare la resa dell'impianto. 

Ogni pannello, infatti, è posizionato in un punto specifico e avrà quindi un'efficienza diversa in base al grado di ombreggiatura o esposizione al sole. Proprio per risolvere questa problematica e aumentare l'efficienza dei singoli pannelli nascono gli ottimizzatori per fotovoltaico, elementi montati sul retro dei pannelli solari che consentono di collegare il singolo modulo all’inverter così da renderlo indipendente dagli altri.

Si tratta di piccoli dispositivi elettronici in plastica, pesano circa 2 chili e sono simili a delle scatole nere dotate di una scheda che ha il compito di inviare tramite wireless ad un ricevitore i dati di produzione relativi a ciascun modulo, ottimizzando così il rendimento di ogni singolo pannello.

Montare degli ottimizzatori su un impianto fotovoltaico garantisce un monitoraggio costante e in tempo reale dei livelli di produzione di energia dei singoli pannelli, complice una centralina di raccolta dati che, grazie al collegamento con gli ottimizzatori per fotovoltaico, permetterà di individuare tempestivamente eventuali malfunzionamenti e cali di rendimento.

La funzione principale degli ottimizzatori di potenza fotovoltaico è quella di portare l’impianto a raggiungere il punto di massima potenza (MPPT) per singolo modulo, assicurando un funzionamento ottimale ed efficiente dell’impianto anche nel caso di anomalie o basso rendimento (a causa di ombreggiamenti o sporcizia) di un solo pannello.
Gli ottimizzatori consentono così all’intero sistema di mantenere la massima efficienza di produzione e di non subire cali di rendimento dei singoli pannelli, che quindi non andranno a influire sulla resa complessiva dell'intero impianto. 

Grazie agli ottimizzatori di potenza i moduli possono lavorare indipendentemente l'uno dall'altro: in questo modo, se un'ombra copre un modulo, a risentirne sarà solo questo, mentre gli altri continueranno a lavorare alla massima potenza. In assenza di ottimizzatori, invece, tutto l'impianto fotovoltaico ne subirebbe le conseguenze.

• Funzionamento di un sistema fotovoltaico tradizionale
  In un sistema fotovoltaico tradizionale, se anche uno solo dei pannelli è ombreggiato, sporco o danneggiato, viene compromessa l'efficienza dell'intero impianto. Ma perché accade questo? Perché nei sistemi tradizionali in presenza di ombreggiatura di un singolo modulo fotovoltaico (a causa di una foglia, una nuvola, un uccello o altro), viene inficiata la produzione dell'intero impianto fotovoltaico? Tutto dipende dalle modalità di funzionamento degli impianti fotovoltaici.
  In condizioni ottimali, il flusso di energia elettrica di un sistema fotovoltaico riesce a passare di modulo in modulo aumentando da un pannello all’altro. Ogni pannello, infatti, produce energia in corrente continua, ma è anche in grado di ricevere energia dal pannello precedente e trasmetterla in forma maggiorata a quello successivo, garantendo la produttività di tutta la fila di moduli fotovoltaici in serie.
  Ne consegue che, se anche solo uno dei moduli avrà uno scarso rendimento, anche la resa energetica dell’intero impianto ne risentirà, subendo un netto ridimensionamento.
   
• Funzionamento di un sistema fotovoltaico con ottimizzatori
  Con l'installazione degli ottimizzatori, invece, il calo di rendimento riguarderà soltanto la produzione del modulo interessato dal malfunzionamento e non degli altri. Infatti, in caso di rendimento inferiore rispetto alla potenza richiesta, questi apparecchi agiranno immediatamente sui singoli moduli per farli funzionare correttamente.
  Nello specifico, tramite un convertitore DC/DC (riduttore-elevatore o buck boost) gli ottimizzatori per fotovoltaico cercano di ottenere la massima potenza possibile da ciascun pannello, regolando in modo dinamico la sua tensione e corrente in base alle diverse condizioni. I dati raccolti vengono inviati a un sistema di monitoraggio centrale, solitamente tramite una connessione wireless. In tal modo gli ottimizzatori permettono di tenere traccia delle prestazioni di ciascun pannello e di identificare eventuali problemi in modo tempestivo; migliorano inoltre la sicurezza dell’intero impianto. Infatti, quando si verificano guasti o problemi su un pannello, gli ottimizzatori possono interrompere l'alimentazione elettrica per quel singolo modulo, prevenendo potenziali pericoli.

Per un'ottimizzazione ideale del rendimento, ogni modulo deve essere dotato di un ottimizzatore: ad esempio, per un impianto fotovoltaico da 6kw con moduli di potenza 300W, si utilizzeranno 20 moduli e, quindi, saranno necessari 20 ottimizzatori.
Ciascun dispositivo monitora costantemente e in diretta la produzione di energia di ogni singolo pannello e, nello stesso tempo, dell'intero impianto.

Una delle domande più frequenti su questi dispositivi è: quando è opportuno installare degli ottimizzatori? 

• Conviene ad esempio se si ha la necessità di montare dei moduli su più falde del tetto con orientamenti diversi: in questo caso gli ottimizzatori permetteranno di disporre ogni modulo in posizione differente e stabilirne orientamenti diversificati per migliorare la resa energetica dell’impianto fotovoltaico, ma si rivelano utili anche nel caso in cui ci siano delle ombre che in vari momenti della giornata possono coprire una parte dei moduli.

L'installazione di ottimizzatori per fotovoltaico conviene anche per altri motivi.
Vediamo i principali.

• Monitoraggio. La loro presenza consente di migliorare le prestazioni energetiche dell’intero impianto grazie ad un monitoraggio continuo dei singoli moduli, che consente di agire tempestivamente su eventuali malfunzionamenti riducendo così i costi di manutenzione.
• Flessibilità. Gli ottimizzatori sono progettati per funzionare al meglio anche in condizioni ambientali estreme. Grazie alla flessibilità di progettazione, possono adattarsi a situazioni diverse, come ad esempio spazi molto ridotti.
• Rendimento. Gli ottimizzatori risolvono il problema delle perdite di efficienza dei singoli moduli che provocano una riduzione della resa totale del 2-3% mentre il rendimento energetico del sistema aumenta di circa il 25%. La loro installazione consente di ottenere il massimo da ogni modulo fotovoltaico anche in condizioni non ottimali.
• Sicurezza. Garantiscono standard di sicurezza elevati, riducendo la tensione applicata a ciascun pannello del sistema a 1 volt, una condizione altrimenti non raggiungibile. In caso di spegnimento dell'inverter, infatti, la corrente continua a essere prodotta sotto l'irraggiamento solare, generando una tensione molto elevata di circa 200-400 volt, con potenziali pericoli per chi deve intervenire e gestire eventuali guasti. 
• Costi e risparmio. Si tratta di apparecchi particolarmente convenienti anche dal punto di vista economico. In termini di spesa per ciascun componente, il costo di un ottimizzatore fotovoltaico si aggira intorno ai 50 euro, ovvero 400-500 euro per un impianto da 3 kWp. Va detto però che consentono un rapido ritorno dell'investimento grazie al miglioramento della resa energetica del sistema e ai costi di manutenzione notevolmente ridotti. Il risparmio, inoltre, non riguarda solo la riduzione delle spese energetiche, ma anche la diminuzione dei consumi.

Come abbiamo visto, installare degli ottimizzatori per impianto fotovoltaico si rivela estremamente conveniente poiché migliorano l'efficienza complessiva del sistema, consentendo una produzione di energia più stabile e una migliore gestione delle prestazioni, riducendo al contempo i rischi di perdite di produzione dovute a ombreggiamenti o malfunzionamenti.