L’effetto dell’altezza, dell’angolo di inclinazione e delle temperature sulle prestazioni del fotovoltaico galleggiante

Un gruppo di ricercatori della Malesia e dell’India ha analizzato l’effetto dell’altezza, dell’angolo di inclinazione, della velocità del vento, della temperatura ambiente e della temperatura dell’acqua sull’efficienza e sulla produzione di un impianto fotovoltaico galleggiante (FPV) rispetto a un sistema solare convenzionale montato a terra.

Gli scienziati hanno spiegato che l’impianto a terra di riferimento “si allea” con la temperatura nominale di esercizio delle celle (NOCT PV).

“Lo studio dell’impatto dell’altezza e dell’angolo di inclinazione sulla diminuzione di temperatura del pannello fotovoltaico collocato in acqua è fondamentale”, hanno detto. “Il modello comparativo NOCT PV serve come base per il confronto e l’analisi, che assomiglia al raffreddamento fornito solo dal vento. Mentre in un FPV il raffreddamento è dato dal contributo combinato di vento e acqua”.

Dall’analisi dei vari parametri è emerso che il design ottimale per l’FPV è un angolo di inclinazione di 0 gradi con un’altezza di 1500 mm per ottenere il massimo raffreddamento. Con questo design, l’FPV è più freddo di 4,33 C rispetto al fotovoltaico NOCT. Nel complesso, i ricercatori hanno concluso che gli FPV hanno prestazioni migliori rispetto ai FV NOCT con angoli di inclinazione inferiori a 45 gradi, indipendentemente dall’altezza, mentre i FV NOCT raggiungono temperature delle celle comparativamente più basse quando l’angolo di inclinazione è superiore a 55 gradi.

Il gruppo ha utilizzato una simulazione fluidodinamica computazionale (CFD) per un modulo fotovoltaico 2D utilizzando un approccio a volume finito. Ha eseguito diverse simulazioni utilizzando diverse combinazioni di parametri. Le temperature del vento e dell’acqua variavano tra 20 e 40 °C, mentre la velocità del vento è stata modificata da 1 m/s a 5 m/s. L’analisi ha inoltre utilizzato sei diverse altezze – da 250 mm a 3000 mm – e sei diversi angoli di inclinazione compresi tra 0 e 75 gradi.

“Sulla base delle osservazioni si possono trarre le seguenti conclusioni”, spiegano gli studiosi. “L’acqua deve avere una temperatura di 2 C inferiore a quella dell’aria per sperimentare l’effetto di raffreddamento in un sistema FPV. La temperatura della cella FPV diminuisce di 1 C quando la temperatura dell’acqua è inferiore di 5 C rispetto alla temperatura ambiente. Inoltre, per ogni diminuzione di 3 C della temperatura dell’acqua, la temperatura della cella solare fotovoltaica diminuisce di 1 C”.

I ricercatori hanno osservato che un angolo di inclinazione superiore a 55 gradi fornisce una velocità del vento significativa che favorisce un elevato trasferimento di calore. Hanno scoperto che la riduzione della temperatura dovuta al vento in un NOCT PV supera quella di un FPV “per un’altezza e un angolo di inclinazione maggiori”.

I risultati sono disponibili nel rapporto “Design study on the parameters influencing the performance of floating solar PV“, pubblicato su Renewable Energy. Il gruppo comprendeva ricercatori della Curtin University e dell’Assam Energy Institute.

Il rapporto sottolinea che “la produzione di energia e l’efficienza di un impianto solare fotovoltaico diminuiscono dallo 0,4% allo 0,5% per un aumento della temperatura di un grado Celsius”. Pertanto, una riduzione della temperatura delle celle è importante per aumentare la resa energetica di un sistema fotovoltaico.