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In questo articolo
Energia solare d'inverno: ecco i fattori decisivi
Il sole costituisce la fonte di energia per il vostro impianto solare. Più i raggi solari raggiungono i moduli solari di un impianto fotovoltaico, più elettricità viene generata. La sua quantità utilizzabile è chiamata resa solare. Tuttavia, la sua entità dipende anche da altri fattori:
- Maggiore è la vicinanza dell'impianto all'equatore, più grande è la radiazione globale, ovvero la quota di energia solare che raggiunge effettivamente la superficie terrestre. Infatti, all'equatore il percorso dei raggi solari per raggiungere la superficie terrestre è più breve.
- Più elevata è la posizione dell'impianto solare, maggiori sono i valori della radiazione globale, perché anche in questo caso il percorso dei raggi solari è più breve, ad esempio, rispetto a una valle.
- Più il sole è a picco sull'impianto solare, maggiore è la radiazione globale. La potenziale produzione di energia è quindi superiore a mezzogiorno, ma inferiore al mattino e alla sera. Inoltre, nell'emisfero nord, risulta generalmente più bassa in inverno che d'estate.
I tipi più comuni di impianti solari per le economie domestiche private sono due:
- l'impianto fotovoltaico, che con i suoi moduli solari converte l'energia solare in corrente elettrica utilizzabile per qualsiasi scopo. Nei mesi più freddi rappresenta solo il 25-30% della resa totale.
- Con un impianto solare termico la situazione è analoga. Mediante i suoi collettori, trasforma l'energia solare in calore che poi viene utilizzato per produrre l'acqua calda per le vostre esigenze. Con una potenza adeguata, questo impianto è in grado di alimentare completamente una casa unifamiliare durante i mesi più caldi, ovvero da maggio a settembre. Quando le temperature si abbassano, il sistema solare termico tende a non essere sufficiente come fonte primaria.
Produzione di energia solare: un esempio di calcolo per la Svizzera
Qui in Svizzera le condizioni topografiche presentano notevoli differenze: vi sono valli ombreggiate, zone collinari nell'Altipiano e nei territori alpini. A seconda della posizione, la potenziale produzione di energia solare può variare. In media, si calcolano 1100 chilowattora per metro quadrato (kWh/m2) all'anno. Ad altitudini estreme è addirittura possibile raggiungere una media di 1600 kWh/m2 – quindi all'incirca paragonabile, ad esempio, a quella della soleggiata Spagna.
Di seguito è riportato un confronto teorico della produzione di energia elettrica prevista tra Winterthur, nell'Altopiano centrale, e Jeizinen nel Vallese. Si basa su un calcolo esemplificativo effettuato dal WWF Svizzera. I valori sono espressi in chilowattora (kWh) e si riferiscono ad un impianto fotovoltaico con una capacità di un chilowatt picco (kWp), che nelle economie domestiche private corrisponde approssimativamente a una superficie del tetto di sette-dieci metri quadrati dotata di moduli solari.
- Mese
- Winterthur
- Jeizinen
- Gennaio
- 30 kWh
- 90 kWh
- Febbraio
- 50 kWh
- 85 kWh
- Marzo
- 80 kWh
- 115 kWh
- Aprile
- 100 kWh
- 130 kWh
- Maggio
- 110 kWh
- 115 kWh
- Giugno
- 115 kWh
- 105 kWh
- Luglio
- 125 kWh
- 105 kWh
- Agosto
- 120 kWh
- 120 kWh
- Settembre
- 85 kWh
- 115 kWh
- Ottobre
- 70 kWh
- 125 kWh
- Novembre
- 30 kWh
- 115 kWh
- Dicembre
- 25 kWh
- 100 kWh
- Somma
- 940 kWh
- 1320 kWh
Con il calo delle temperature, la produzione in entrambe le regioni diminuisce. A Jeizinen, però, la resa complessiva è superiore di circa il 40%. Inoltre, la perdita presenta molte meno oscillazioni nei mesi freddi.
Per un confronto: in Svizzera, un'economia domestica media composta da quattro persone consuma ogni anno circa 5000 kWh di elettricità. A questa economia domestica servirebbe quindi un numero di moduli solari almeno cinque volte superiore a quello dell'esempio di Winterthur, nel calcolo di cui sopra. Di conseguenza, l'impianto dovrebbe avere una capacità di almeno cinque kWp.
Impianto solare: l'orientamento ottimale
L'orientamento è fondamentale per modulare l'efficienza dell'impianto solare – in particolare in inverno. In un impianto fotovoltaico si distingue tra due diversi tipi di radiazione solare:
- La radiazione solare diretta garantisce la massima efficacia. In questo caso i raggi solari riflettono direttamente sui moduli dell'impianto.
- La radiazione diffusa comprende i raggi solari che vengono dispersi prima che raggiungano i moduli dell'impianto. Ciò avviene, ad esempio, attraverso la polvere, ma anche tramite il vapore acqueo, contenuto nella nebbia e nelle nuvole. L'impianto sfrutta anche la radiazione diffusa, ma in questo caso la resa è inferiore.
Per poter sfruttare costantemente in modo efficace la radiazione solare diretta, l'angolo di inclinazione dell'impianto solare dovrebbe essere teoricamente rimodulato dall'estate all'inverno – ad esempio con moduli solari regolabili. Questo perché d'inverno il sole è più basso alle nostre latitudini. L'angolo di inclinazione ideale per tutto l'anno, ovvero un compromesso per l'estate e l'inverno, è pari a 30-35 gradi. In questo modo l'impianto sfrutta non solo con grande efficienza la radiazione solare forte e a picco dei mesi estivi, ma anche in misura sufficiente la radiazione debole e obliqua nei mesi invernali.
Più si vive in alto, più vanno inclinati i moduli solari per ottenere la massima resa. Per le località alpine – come Jeizinen, che nel nostro esempio sopra riportato si trova a circa 2000 metri sul livello del mare – si consiglia un angolo di 55-65 gradi.
Per un impianto solare termico, l'orientamento andrebbe gestito in modo leggermente diverso. Questo perché a differenza dell'elettricità di un impianto fotovoltaico, necessaria tutto l'anno, il calore di riscaldamento di un impianto solare termico serve proprio d'inverno. Pertanto, sarebbe opportuno ottimizzare i collettori anche per i mesi invernali. E questo a sua volta significa che andrebbe impostato un orientamento generalmente più verticale dei moduli, ovvero con un angolo di inclinazione da 60 a 70 gradi.
L'influsso della neve
A causa dell'altitudine generalmente piuttosto elevata rispetto ad altri Paesi europei, molte zone della Svizzera sono interessate da forti nevicate. Si potrebbe supporre che uno strato di neve possa danneggiare un impianto solare. Ma normalmente non è così.
Una leggera nevicata non influisce sulla stabilità e sulla funzionalità di un impianto fotovoltaico. I raggi UV del sole che forniscono energia penetrano facilmente attraverso uno strato di neve spesso 15 centimetri. In definitiva, si registra solo una leggera perdita di produzione nell'ordine di percentuali a una cifra.
Al contrario, una grande quantità di neve fresca e la neve vecchia che si trasforma rappresentano un pericolo. Ecco un esempio: dieci centimetri di neve polverosa pesano circa dieci chilogrammi per metro quadro. A seconda delle condizioni atmosferiche e da quando è caduta, con il passare del tempo la neve può diventare umida. Lo stesso strato a quel punto pesa già 40 chilogrammi. Se dovesse gelare, il peso raggiungere facilmente 90 chilogrammi. Questo peso può diventare eccessivo per i sensibili moduli solari. A seconda della struttura, si tratta di un valore critico anche per il vostro tetto.
Quindi, a seconda delle condizioni meteorologiche, spetta a voi giudicare se occorre liberare i moduli solari dal carico.
Attenzione: in ogni caso evitate di raschiare il ghiaccio dalla superficie, in quanto si potrebbe danneggiare la sensibile tecnologia. Con una forte radiazione solare, il ghiaccio si scioglie da solo.
Le nevicate non devono intimorire neppure i proprietari di un impianto solare termico. Anche in questo caso, la perdita di energia derivante è solo marginale. Tuttavia, dopo una precipitazione estrema sarebbe opportuno rimuovere la neve dai collettori.
Le principali domande e risposte in breve
posso utilizzare il mio impianto solare anche in inverno?
certo, anzi dovreste assolutamente far funzionare il vostro impianto solare in inverno, perché vi consente di sfruttare l'energia solare anche nei mesi freddi e di trasformarla per i vostri scopi.
il sole splende con la stessa intensità tanto in inverno quanto in estate?
alle nostre latitudini, il sole è più basso in inverno rispetto all'estate, di conseguenza la radiazione solare è inferiore.
un impianto solare produce in inverno la medesima quantità di energia in estate?
a causa della radiazione solare inferiore il risultato sarà minore. Nelle regioni a basse altitudini, la resa di un impianto fotovoltaico d'inverno può essere solo un quarto di quella in estate.
posso aumentare la capacità del mio impianto solare d'inverno?
il fattore decisivo per la capacità è l'angolo di inclinazione. Per i moduli solari di un impianto fotovoltaico, un valore di compromesso tra i mesi estivi e invernali equivale a 30-35 gradi. In linea di massima, i collettori solari di un impianto solare termico dovrebbero avere sempre un'inclinazione più verticale per catturare al meglio i raggi del sole, che d'inverno è più basso, e produrre così il calore necessario urgentemente per il riscaldamento.
devo rimuovere la neve dal mio impianto solare in inverno?
in caso di nevicate leggere non bisogna fare nulla, poiché i raggi UV possono penetrare attraverso lo strato. Tuttavia, si consiglia di rimuovere le grandi masse di neve bagnata, per alleggerire il sistema di fissaggio dell'impianto solare sul tetto.
Conclusione: sfruttare l'energia solare tutto l'anno
Che fuori faccia freddo o caldo, che il sole splenda o che nevichi - sia un impianto fotovoltaico e uno solare termico forniranno sempre la loro prestazione. Anche in inverno. A seconda dell'altitudine sul livello del mare a cui si vive, vale comunque la pena regolare l'angolo di inclinazione dei moduli o dei collettori solari.