Moduli fotovoltaici: definizione, funzionamento e prezzi

I moduli fotovoltaici sono uno dei componenti dell’impianto fotovoltaico, un sistema integrato in grado di produrre energia elettrica dal sole. In Italia, il fotovoltaico è una tecnologia sempre più impiegata: nel 2021 si sono registrate nuove installazioni per un totale di 886 MW (+36% rispetto al 2020, anno peraltro segnato dalla pandemia da Covid-19 - fonte: Anie Rinnovabili). Un grande risultato, le cui ragioni non sono difficili da comprendere: siamo in un Paese dove l’irraggiamento solare è molto elevato ed il fotovoltaico è un sistema che non inquina, riduce le spese in bolletta ed aumenta il valore dell'immobile. Scopriamo cosa sono i moduli fotovoltaici, come funzionano e quali prezzi aspettarsi.

Installare un sistema fotovoltaico per la propria abitazione è senz’altro un’ottima scelta, ed è bene farlo sapendo di cosa parliamo.

Moduli fotovoltaici: definizione

Un modulo - o più comunemente pannello - fotovoltaico è un dispositivo optoelettronico, composto da celle fotovoltaiche, in grado di convertire l’energia solare in energia elettrica mediante l'effetto fotovoltaico. In poche parole, il modulo, in un impianto fotovoltaico, costituisce il generatore di corrente.

Le celle di cui sono formati i moduli sono costituite da lastre di silicio (i cosiddetti "wafer"), che è un materiale semiconduttore.

La maggior parte dei moduli sono in silicio mono o poli-cristallino e prevedono che ciascuna cella che compone il modulo sia cablata in superficie con una griglia di materiale conduttore ("bus-bar") che ne canalizzi gli elettroni. Le celle sono poi connesse tra loro attraverso nastrini metallici, per formare circuiti in serie.

Oltre al materiale semiconduttore, i moduli FV si distinguono per la potenza di picco, che è la potenza massima che possono produrre in condizioni standard ed è misurata in laboratorio tramite il cosiddetto "flash-test".

I moduli sono poi collegati in serie e parallelo per dare origine ad un generatore fotovoltaico.

Ecco sintetizzata la composizione di un generatore fotovoltaico:

• Moduli fotovoltaici: costituiti da celle, sono l'unità elementare del generatore e sono collegati in stringhe
• Stringa fotovoltaica: più moduli collegati in serie
• Generatore o campo fotovoltaico: più stringhe collegate in parallelo

Funzionamento dei moduli fotovoltaici

Come funziona un modulo fotovoltaico?

Quando una particella di luce (fotone) colpisce la superficie di una cella fotovoltaica, la sua energia viene trasferita agli elettroni che fluiscono nel circuito producendo corrente elettrica.

Per poter funzionare al meglio, i pannelli devono essere rivolti verso sud ed avere un’inclinazione compresa tra i 10° e i 35°. La collocazione più usuale è il tetto, ma vi sono anche installazioni su pensiline, a terra o su lastrici solari, tramite apposite strutture di montaggio inclinate.

Per un'installazione ottimale, è bene considerare lo spazio a disposizione e gli eventuali ombreggiamenti, anche se le tecnologie disponibili oggi consentono di avere alti rendimenti anche in piccoli spazi o con ombreggiamento o scarso irraggiamento. È il caso ad esempio dei recenti moduli a semicelle e con tecnologia PERC. Considerato il fatto che vanno installati all'esterno, e quindi sono esposti a diverse condizioni meteorologiche, è bene scegliere moduli che sono certificati per carichi elevati di neve, vento e grandine.

L'energia elettrica prodotta dai moduli fotovoltaici è in corrente continua, che come tale sarebbe inutilizzabile in casa, dove il circuito elettrico utilizza corrente alternata. Per questo, per sfruttare l'energia prodotta dai moduli fotovoltaici, è indispensabile che l'impianto sia dotato anche di un inverter fotovoltaico.

Compito dell’inverter è convertire la corrente continua generata dai pannelli in corrente alternata. Ecco un approfondimento interessante sugli inverter: Funzionamento inverter fotovoltaico.

Un altro elemento, oramai considerato irrinunciabile, dell'impianto fotovoltaico è il sistema di accumulo, che consente di immagazzinare l'energia prodotta dai moduli fotovoltaici ma non immediatamente utilizzata, in modo da non doverla trasferire nella rete elettrica pubblica per poi pagare per prelevarla.

Moduli fotovoltaici: prezzi

Quando si parla di prezzi di un impianto fotovoltaico è sempre opportuno ricordare che più che di spesa, stiamo parlando di investimento. Infatti, il costo iniziale si ripaga in pochi anni, fino ad arrivare a trasformare l’energia prodotta in un guadagno effettivo. Bisogna poi tenere in considerazione la costante discesa dei prezzi dei moduli, dovuta all’ampia diffusione del fotovoltaico, e le agevolazioni fiscali a cui si ha diritto.

Ad ogni modo, è bene sapere quali sono le voci di spesa che vanno a determinare il prezzo finale di un impianto fotovoltaico, che al giorno d'oggi si attesta sui 2.000-2.500 €/kWp (senza sistema di accumulo).

Voci di spesa principali

• Moduli fotovoltaici
  Il costo dei moduli fotovoltaici dipende principalmente dall'efficienza delle celle, dalla resa con scarso irraggiamento e basse temperature, dalla resistenza a condizioni climatiche estreme, dalle garanzie sulla perdita di prestazioni nel tempo, nonché dal loro design estetico.  

• Sistemi di fissaggio
  I moduli devono essere installati in modo stabile su diverse superfici (tetto inclinato, tetto piano, terra, pensilina) e con modalità diverse (nel caso del tetto, ad esempio, le strutture di montaggio possono essere sovrapposte alle tegole oppure integrate nel tetto stesso per un minore impatto visivo sul paesaggio). È quindi naturale che, in base alla situazione specifica, si avranno costi diversi.

• Inverter
  L'inverter è un po' come il "cervello" dell'impianto. Non solo svolge la funzione indispensabile di convertire la corrente, ma, nelle versioni migliori, consentono di ottimizzare e controllare il funzionamento di tutto l'impianto e, nel caso di dispositivi ibridi, anche di gestire in modo più efficiente i flussi di energia tra moduli, accumulo e rete domestica (vedi Inverter fotovoltaico ibrido cos'è e come funziona), Il costo dell'inverter quindi dipende dalle sue diverse funzionalità, oltre che dalla solidità e durevolezza. Per un approfondimento: Miglior inverter fotovoltaico 6 criteri che fanno la differenza.

• Altri costi di installazione
  L'installazione di un impianto fotovoltaico comporta anche l'utilizzo di diversi cavi elettrici per collegare i vari dispositivi, di quadri elettrici e di sistemi di protezione, ad esempio contro gli sbalzi di corrente. Questi elementi non vanno ad incidere particolarmente sul costo dell'impianto, ma possono variare da caso a caso.

• Progettazione, manodopera e spese burocratiche
  La mano d’opera è importante sia specializzata, per una questione di sicurezza, di normativa, per far sì che sia fatto tutto a regola d’arte. Senza dimenticare la spesa per le pratiche burocratiche e di progettazione, pratiche oggi davvero semplici da sbrigare, sia per quanto riguarda l’autorizzazione all’installazione che per ottenere gli incentivi e la connessione dell’impianto alla rete elettrica.

• Sistema di accumulo
  Come detto poc'anzi, il sistema di accumulo è oramai un componente irrinunciabile per un impianto fotovoltaico. Esso infatti permette di non sprecare l'energia auto-prodotta e non immediatamente consumata, ma di conservarla per utilizzarla quando se ne ha bisogno.
  Sono diversi i sistemi di accumulo in commercio ed il loro costo è determinato da diversi fattori. Ecco qualche articolo per aiutarti nella scelta:
  Impianto fotovoltaico con sistema di accumulo: 5 consigli di acquisto,
  Batterie fotovoltaico: quali scegliere
  Quali sono le migliori batterie per fotovoltaico

  L'accumulo è senz’altro un trend in crescita ed il suo costo non rappresenta più un ostacolo perché la spesa può persino azzerarsi nei casi previsti dal nuovo Superbonus 110%.

NdR: questo articolo è stato scritto nel 2020 e aggiornato alle attuali normative.