Pannelli solari in ombra: quanto diminuisce la produzione?

Un’ombra piccola può fermare un pannello intero

Un ramo, un cornicione, il corrimano del balcone. Basta una striscia d’ombra su una parte del modulo per ridurre la produzione in modo sproporzionato rispetto alla superficie coperta. Non si tratta di un difetto del pannello: è una conseguenza diretta di come le celle solari sono collegate tra loro.

Per capire quanto cala davvero la produzione in condizioni di ombra parziale, bisogna prima capire perché il calo è quasi sempre più grande di quanto ci si aspetta.

Come funziona un modulo in serie: il punto debole strutturale

In un pannello fotovoltaico standard, le celle sono collegate in serie: la corrente prodotta dal modulo è determinata dalla cella che produce di meno. Se una cella è in ombra e produce, ad esempio, il 30% della corrente normale, l’intera stringa che la contiene si porta a quel livello, anche se le altre celle ricevono piena irradiazione.

Questo comportamento è paragonabile a una catena: basta un anello debole per limitare l’intera catena. La cella ombreggiata non solo produce meno, ma rischia di diventare un carico resistivo per le celle vicine, trasformandosi in un punto caldo (hot spot) se non ci sono protezioni adeguate.

Il ruolo dei bypass diodi: limitano il danno, non eliminano la perdita

Per ridurre questo effetto, i produttori inseriscono nel modulo dei diodi di bypass. In un modulo da 60 o 72 celle, sono tipicamente tre: ognuno protegge un gruppo di celle (solitamente 20–24). Quando un gruppo è ombreggiato, il diodo di bypass entra in funzione e cortocircuita quel gruppo, permettendo alla corrente di fluire attraverso gli altri due gruppi.

Il risultato pratico: il modulo non si blocca completamente, ma perde circa un terzo della sua potenza anche se l’ombra copre solo poche celle in quel gruppo. Un’ombra su 5 celle in una stringa di 20 può far cadere la produzione di un terzo del modulo, non di un quarto.

L’ombra del corrimano: un caso tipico per i pannelli da balcone

Sui balconi, la fonte di ombra più comune non è un albero lontano ma il corrimano stesso. Un modulo montato in verticale o con bassa inclinazione, nelle ore pomeridiane o nelle stagioni con sole basso, può ricevere un’ombra orizzontale che attraversa la parte inferiore del pannello.

Se questa striscia d’ombra coincide con l’intera larghezza di un gruppo di celle, il diodo di bypass esclude quel gruppo. Se invece taglia trasversalmente più gruppi contemporaneamente, possono attivarsi due o tre diodi, con una perdita che può arrivare al 66% della potenza nominale in quell’ora, anche con un’ombra che copre solo il 15–20% della superficie visibile del modulo.

La posizione dell’ombra è quindi più importante della sua superficie.

Moduli con tecnologia HJT, TOPCon o PERC: cambiano le perdite da ombra?

Le tecnologie di cella più recenti (come TOPCon o HJT) offrono in generale watt-peak più alti per unità di superficie e coefficienti di temperatura migliori rispetto al PERC standard. Ma la struttura di collegamento in serie delle celle rimane la stessa in tutti i moduli convenzionali. I diodi di bypass funzionano allo stesso modo. La perdita proporzionale da ombra parziale è quindi comparabile tra le diverse tecnologie di cella, a meno che il modulo non integri una gestione cella per cella.

Esistono moduli con un numero maggiore di diodi di bypass (uno per ogni coppia di celle o per stringhe più brevi), oppure soluzioni con ottimizzatori a livello di cella, ma si tratta di architetture specifiche, non della norma nei moduli standard per balconi.

Ombra sull’impianto da balcone: l’effetto sull’inverter

Un micro-inverter o un inverter per balconi con ingresso MPPT (Maximum Power Point Tracking) cerca continuamente il punto di lavoro ottimale del modulo. Quando un diodo di bypass entra in funzione, la curva corrente-tensione del modulo cambia forma: compaiono più picchi locali di potenza. Un MPPT semplice può bloccarsi su un picco locale invece di trovare quello globale.

Questo significa che, in condizioni di ombra parziale, un inverter con un algoritmo MPPT avanzato può recuperare una piccola parte della produzione rispetto a uno con un algoritmo più semplice. La differenza pratica dipende dalla frequenza e dal tipo di ombreggiamento, e non è mai abbastanza grande da compensare una posizione cronicamente ombreggiata.

Come stimare la perdita annuale in modo realistico

La perdita da ombra non si può calcolare con precisione senza un’analisi del percorso solare e del profilo di ombreggiamento ora per ora. Esistono strumenti software (come PVsyst o calcolatori online come PVGIS) che permettono di inserire ostacoli e stimare la perdita annua da ombra in percentuale sul totale producibile.

Una regola pratica: se l’ombra è presente principalmente in ore a bassa irradianza (prime ore del mattino o tarda sera), la perdita in kWh sul totale annuo è proporzionalmente piccola. Se l’ombra copre il modulo nelle 4–5 ore centrali del giorno, quando l’irradianza è massima, la perdita effettiva in kWh può essere molto più alta del semplice rapporto tra ore ombreggiate e ore di sole.

Bifacciale in ombra: un vantaggio reale?

I moduli bifacciali captano luce anche dalla faccia posteriore, riflessa da superfici circostanti. In condizioni di ombra sul lato frontale, il contributo del lato posteriore non compensa la perdita, perché la riflessione dipende da superfici illuminate, e se la fonte d’ombra è un ostacolo fisso, anche la luce diffusa che raggiungerebbe il retro è spesso ridotta. Il bifacciale può aiutare in posizioni con luce diffusa intensa o superfici riflettenti chiare, ma non è una soluzione al problema dell’ombra parziale frontale.

Posizione dell’ombra sul modulo: non tutte le zone sono uguali

L’ombra nella parte inferiore di un modulo verticale (come accade spesso per effetto del corrimano) tende a essere più critica perché attraversa tipicamente più stringhe di celle. L’ombra su un angolo è spesso meno grave, perché coinvolge meno celle per gruppo e può essere gestita da un singolo diodo di bypass senza coinvolgere l’intero modulo.

Un’ombra stretta e verticale che attraversa il modulo dall’alto verso il basso può essere la peggiore, perché colpisce almeno una cella per ogni gruppo, attivando tutti e tre i diodi di bypass contemporaneamente e riducendo la potenza a una frazione molto bassa di quella nominale.

Cosa osservare prima di scegliere la posizione del modulo

Prima di installare un pannello su un balcone, vale la pena osservare il comportamento dell’ombra nelle diverse ore del giorno nelle stagioni critiche. In inverno il sole è basso: un corrimano alto o un edificio vicino possono ombreggiare il modulo per ore. In estate il sole è alto e la stessa ombra può spostarsi completamente fuori dal modulo.

Una verifica concreta: tenere traccia dell’ombra sul pavimento o sulla ringhiera nel punto dove verrà montato il modulo, in una giornata soleggiata di novembre o febbraio, dalle 9 alle 16. Se l’ombra copre l’area del modulo per più di tre ore in quelle condizioni, la produzione invernale sarà significativamente ridotta rispetto al potenziale teorico del sito.

Riepilogo: cosa determina davvero la perdita da ombra

• La posizione dell’ombra sul modulo (orizzontale, verticale, angolare) influisce più della sua superficie.
• I diodi di bypass limitano i danni ma non eliminano la perdita: un’ombra su poche celle può escludere un intero terzo del modulo.
• La tecnologia di cella (PERC, TOPCon, HJT) non cambia il comportamento fondamentale in ombra parziale per moduli con struttura standard.
• Le ore di ombra nelle fasce di massima irradianza pesano molto più delle stesse ore in mattinata o sera.
• Un inverter con MPPT avanzato può recuperare una piccola parte della produzione, ma non compensa una posizione strutturalmente ombreggiata.
• Prima dell’installazione, verificare il comportamento reale dell’ombra nel sito nelle stagioni con sole basso.