Quanto durano i pannelli solari residenziali?

I pannelli solari residenziali vengono spesso venduti con prestiti o contratti di locazione a lungo termine, con i proprietari di immobili che 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 montaggio utilizzato, tra gli altri. Sebbene non esista una “data di scadenza” specifica per un pannello in sé, la perdita di produzione nel tempo spesso costringe al ritiro delle apparecchiature.

Quando si decide se mantenere il pannello in funzione per 20-30 anni o procedere a una sostituzione, il monitoraggio dei livelli di produzione è il modo migliore per prendere una decisione informata.

Degradazione

La perdita di produzione nel tempo, chiamata degradazione, si attesta in genere intorno allo 0,5% all’anno, secondo il National Renewable Energy Laboratory (NREL).

I produttori considerano in genere che dopo 25-30 anni la degradazione è tale da rendere opportuna la sostituzione del pannello. Lo standard industriale per le garanzie di produzione è di 25 anni su un modulo solare, secondo il NREL.

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

Tre possibili scenari di degrado per un impianto da 6 kW nel Massachusetts.
*Immagine: EnergySage*

La qualità dei pannelli può influire sui tassi di degrado. Secondo il NREL, i produttori di fascia alta come Panasonic e LG registrano tassi di circa lo 0,3% all’anno, mentre alcuni marchi registrano tassi di degrado fino allo 0,8%. Dopo 25 anni, i pannelli di fascia alta potrebbero ancora produrre il 93% della loro potenza originale, mentre quelli con tassi di degrado più elevati potrebbero produrre l’82,5%.

Sistemi solari sui tetti vengono installati su alloggi militari nell’Illinois.
*Immagine: Hunt Military Communities*

Una parte considerevole della diminuzione delle prestazioni è attribuibile 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 il telaio. Ciò provoca una diminuzione della capacità di potenza del modulo, in alcuni casi significativa.

Alcuni produttori realizzano i propri 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 nelle prime ore di esposizione al sole. Il LID varia da pannello a pannello in base alla qualità dei wafer in silicio cristallino, ma di solito comporta una perdita di efficienza una tantum dell’1-3%, secondo il laboratorio di prova PVEL, PV Evolution Labs.

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.

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

Impianto solare sul tetto di un edificio di proprietà di Zara Realty nel Queens, New York.
*Immagine: Premier Solar*

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

Lo scambio termico 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 microfessurazioni nel pannello nel corso del tempo, riducendo la produzione.

Nel suo studio annuale Module Score Card, PVEL ha analizzato 36 progetti solari operativi in India e ha riscontrato un impatto significativo dovuto al degrado termico. Il degrado medio annuo dei progetti si è attestato all’1,47%, ma gli impianti situati in regioni montuose più fredde hanno subito un degrado pari a quasi la metà di tale percentuale, ovvero allo 0,7%.

Le prestazioni dei pannelli possono spesso essere monitorate tramite un’app fornita dall’installatore.
*Immagine: SunPower*

Una corretta installazione può aiutare a risolvere i problemi legati al calore. I pannelli dovrebbero essere installati a pochi centimetri sopra il tetto, in modo che l’aria convettiva possa fluire al di sotto e raffreddare l’apparecchiatura. Per limitare l’assorbimento di calore, nella costruzione dei pannelli è possibile utilizzare materiali di colore chiaro. Inoltre, secondo CED Greentech, i componenti come gli inverter e i combinatori, le cui prestazioni sono particolarmente sensibili al calore, dovrebbero essere collocati in zone ombreggiate.

Il vento è un’altra condizione meteorologica che può causare danni ai pannelli solari. Il vento forte può causare la flessione dei pannelli, chiamata carico meccanico dinamico. Ciò provoca anche microfessurazioni nei pannelli, riducendone la resa. Alcune soluzioni di montaggio sono ottimizzate per le zone con vento forte, proteggendo i pannelli dalle forti forze di sollevamento e limitando le microfessurazioni. In genere, la scheda tecnica del produttore fornisce informazioni sulla velocità massima del vento che il pannello è in grado di sopportare.

Impianto solare sul tetto a Long Island, New York.

Lo stesso vale per la neve, che può ricoprire i pannelli durante le tempeste più intense, limitandone la produzione. La neve può anche causare un carico meccanico dinamico, danneggiando i pannelli. In genere, la neve scivola via dai pannelli, poiché questi sono lisci e caldi, ma in alcuni casi il proprietario dell’abitazione può decidere di rimuovere la neve dai pannelli. Questa operazione deve essere eseguita con cautela, poiché graffiare la superficie di vetro del pannello avrebbe un impatto negativo sulla produzione.

Il degrado è una parte normale e inevitabile della vita di un pannello. Una corretta installazione, un’attenta rimozione della neve e un’accurata pulizia dei pannelli possono aiutare a migliorare la produzione, ma in definitiva un pannello solare è una tecnologia senza parti mobili che richiede pochissima manutenzione.

Standard

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

EnergySage ha affermato che i pannelli che soddisfano lo standard IEC 61215 vengono testati per caratteristiche elettriche come le correnti di dispersione in condizioni di umidità e la resistenza di isolamento. Sono sottoposti a un test di carico meccanico sia per il vento che per la neve e a test climatici che verificano la presenza di punti deboli in caso di esposizione a calore intenso, raggi UV, umidità-gelo, calore umido, impatto della grandine e altre esposizioni all’aperto.

Impianto solare sul tetto nel Massachusetts.
*Immagine: MyGenerationEnergy*

La norma IEC 61215 determina anche i parametri prestazionali di un pannello in condizioni di prova standard, tra cui il coefficiente di temperatura, la tensione a circuito aperto e la potenza massima erogata.

Sulle schede tecniche dei pannelli è spesso presente anche il marchio Underwriters Laboratories (UL), che fornisce anch’esso standard e test. UL esegue test climatici e di invecchiamento, oltre a una gamma completa di test di sicurezza.

Guasti

I guasti dei pannelli solari si verificano con una frequenza bassa. Il NREL ha condotto uno studio su oltre 50.000 impianti installati negli Stati Uniti e 4.500 in tutto il mondo tra il 2000 e il 2015. Lo studio ha rilevato un tasso di guasto medio di 5 pannelli su 10.000 all’anno.

Cause di guasto dei pannelli, scheda di valutazione dei moduli PVEL.
*Immagine: PVEL*

Il tasso di guasti dei pannelli è migliorato notevolmente nel tempo, poiché è stato riscontrato che i sistemi installati tra il 1980 e il 2000 presentavano un tasso di guasti doppio rispetto al gruppo post-2000.

I tempi di inattività del sistema sono raramente attribuibili a guasti dei pannelli. Infatti, uno studio condotto da kWh Analytics ha rilevato che l’80% di tutti i tempi di inattività degli impianti solari è dovuto a guasti degli inverter, i dispositivi che convertono la corrente continua dei pannelli in corrente alternata utilizzabile.

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