L'albedo nel settore fotovoltaico: cos’è e in che modo influisce sul rendimento
L'albedo è la frazione di radiazione solare che una superficie riflette nell'ambiente rispetto alla radiazione che riceve. Nel settore fotovoltaico, l'albedo è un parametro particolarmente rilevante negli impianti che utilizzano moduli bifacciali, poiché la radiazione riflessa dal terreno può raggiungere il retro dei moduli e contribuire ad aumentare la produzione di energia elettrica.
Il valore dell'albedo è solitamente espresso da un numero compreso tra 0 e 1. Un valore basso indica che la superficie assorbe una percentuale maggiore della radiazione incidente, mentre un valore elevato indica una maggiore capacità di riflessione. Ad esempio, le superfici scure presentano solitamente valori di albedo inferiori rispetto a quelli delle superfici chiare.
In un impianto fotovoltaico, l’albedo non è una caratteristica del modulo, bensì una proprietà dell’ambiente circostante e, in particolare, della superficie situata sotto e intorno ai pannelli.
Perché l'albedo è importante in un impianto fotovoltaico?
L'importanza dell'albedo aumenta in particolare negli impianti fotovoltaici dotati di moduli bifacciali. Questi moduli possono sfruttare sia l'irraggiamento che raggiunge la loro faccia anteriore sia parte della radiazione che raggiunge la loro faccia posteriore.
Quando la superficie del terreno presenta un albedo elevato, una maggiore quantità di radiazione solare può essere riflessa verso la parte posteriore del modulo. Questa irradianza aggiuntiva può aumentare la produzione energetica rispetto a un impianto equivalente situato su una superficie con minore capacità riflettente. L’effetto finale dipende da diverse variabili di progettazione e dalle condizioni del sito:
- Valore dell'albedo: determina la percentuale di radiazione incidente che può essere riflessa dalla superficie.
- Tecnologia bifacciale: lo sfruttamento della radiazione riflessa dipende dalla capacità del modulo di generare elettricità attraverso il suo lato posteriore.
- Altezza dei moduli: modifica la quantità di superficie visibile dal retro del modulo.
- Distanza tra le file: il passo determina la superficie illuminata e la distribuzione delle ombre sul terreno.
- Inclinazione dei moduli: influisce sulla geometria con cui la radiazione riflessa raggiunge la parte posteriore.
- Ombreggiatura: le stesse file di moduli possono ridurre la radiazione che raggiunge il suolo e modificare l'effetto dell'albedo.
Il National Renewable Energy Laboratory (NREL) considera l'albedo uno dei fattori che influenzano il fattore di capacità degli impianti fotovoltaici, insieme alla bifaccialità, all'ombreggiamento, al tipo di inseguimento e alle perdite di sistema.
Albedo e moduli fotovoltaici bifacciali
Il rapporto tra albedo e moduli bifacciali è particolarmente importante nella fase di progettazione e di stima della produzione di un impianto solare. In un modulo monofacciale, la radiazione riflessa dal terreno ha un'influenza relativamente limitata sulla produzione di energia. Al contrario, in un modulo bifacciale il lato posteriore è progettato per sfruttare parte di tale irraggiamento. Per questo motivo, conoscere con precisione l'albedo del sito è fondamentale per effettuare una stima energetica affidabile.
Secondo i dati pubblicati dal National Renewable Energy Laboratory (NREL) negli Stati Uniti, la radiazione riflessa dal terreno rappresenta una percentuale molto più rilevante per i moduli bifacciali rispetto a quelli monofacciali, poiché il rendimento aggiuntivo della tecnologia bifacciale dipende dall’irraggiamento che raggiunge il loro lato posteriore. L’albedo può variare notevolmente a seconda della superficie. Il suolo naturale, la vegetazione, la ghiaia, il calcestruzzo e la neve presentano comportamenti riflettenti diversi. Inoltre, il valore non rimane necessariamente costante durante tutto l’anno.
Le precipitazioni, l’umidità del suolo, la crescita della vegetazione, la presenza di neve o determinati cambiamenti nelle condizioni della superficie possono modificare la riflettività e, di conseguenza, l’albedo utilizzato nei modelli di produzione.
Come si misura e si tiene conto dell'albedo in un impianto fotovoltaico?
Per stimare correttamente l’albedo di un progetto fotovoltaico è necessario caratterizzare la superficie reale del sito e tener conto della sua possibile variabilità temporale. Non sempre è opportuno utilizzare un unico valore fisso per l’intera vita utile di un impianto. L’albedo può essere calcolato in base al rapporto tra l’irraggianza riflessa da una superficie e l’irraggianza incidente. In campagne di misurazione specifiche è possibile utilizzare strumenti quali pirheliometri e piranometri orientati per registrare la radiazione incidente e quella riflessa. Nei progetti fotovoltaici bifacciali, l’albedo viene integrato nei modelli di simulazione energetica insieme a parametri quali la geometria delle file, l’altezza dei moduli, il passo, l’inclinazione, l’ombreggiamento e le caratteristiche bifacciali del modulo.
L'NREL ha sviluppato serie di dati specifici sull'albedo per facilitare la progettazione e la modellizzazione di impianti fotovoltaici bifacciali. Queste serie includono dati temporali e valori aggregati relativi a diversi siti e tipi di superficie. Inoltre, strumenti di modellizzazione come bifacial_radiance, sviluppata dal NREL, consente di analizzare l'irraggiamento posteriore dei moduli tenendo conto di variabili quali l'albedo, l'inclinazione, la distanza tra le file, l'altezza dei moduli e l'ombreggiamento.
In che modo l'albedo influisce sul rendimento fotovoltaico?
Un albedo più elevato può aumentare l'irraggiamento che riceve il lato posteriore di un modulo bifacciale e, in determinate condizioni, migliorare la produzione energetica dell'impianto. Tuttavia, l'aumento della produzione non dipende esclusivamente dal valore dell'albedo.
La resa bifacciale dipende dalla combinazione tra le caratteristiche del modulo, la geometria dell’impianto e le condizioni della superficie. L'altezza dei moduli, la distanza tra le file, l'angolo di inclinazione, l'inseguimento solare e le ombre determinano la quantità di radiazione riflessa che può effettivamente raggiungere il lato posteriore. Per questo motivo, aumentare l'albedo di una superficie non significa automaticamente che la produzione aumenti in misura proporzionale. L'effetto deve essere analizzato mediante modelli di irradianza e produzione che rappresentino le caratteristiche specifiche del progetto.
Nei propri scenari tecnologici relativi agli impianti fotovoltaici su larga scala, si considerano proprio i miglioramenti dell’albedo come uno dei fattori che possono contribuire ad aumentare il fattore di capacità di un impianto, specialmente se abbinati a un maggiore utilizzo di moduli bifacciali. L’importanza dell’albedo nella progettazione dei sistemi bifacciali trova riscontro anche nella normativa tecnica. La IEC 62548-1:2023+AMD1:2025 include requisiti relativi alla progettazione di impianti fotovoltaici e tiene conto di aspetti specifici per i sistemi che utilizzano moduli bifacciali.