Come i pannelli fotovoltaici producono energia con il cielo coperto
I pannelli fotovoltaici producono energia dalla luce, non dal sole visibile: quando le nuvole coprono il disco solare, le celle continuano a convertire in elettricità la radiazione che raggiunge comunque la loro superficie.
La radiazione solare che arriva su un modulo fotovoltaico ha tre componenti:
- radiazione diretta: il fascio di luce che proviene in linea retta dal sole e prevale nelle giornate serene;
- radiazione diffusa: la luce dispersa dalle molecole dell’aria, dal vapore acqueo e dalle nubi, che arriva da tutta la volta celeste;
- radiazione riflessa: la luce rimandata da superfici vicine come tetti chiari, terreno o neve.
Con il cielo uniformemente coperto la radiazione diretta si azzera quasi del tutto e la produzione dell’impianto fotovoltaico dipende in larga parte dalla radiazione diffusa. Le celle in silicio non distinguono la provenienza della luce: un fotone diffuso genera corrente come un fotone diretto. La differenza sta nella quantità di luce disponibile, che con le nubi è molto inferiore.
La potenza di targa di un modulo fotovoltaico, espressa in watt di picco (Wp), viene misurata in condizioni standard di prova (STC): irraggiamento di 1.000 W/m², temperatura della cella di 25 °C e spettro AM 1,5. Ogni valore di irraggiamento inferiore a 1.000 W/m² riduce la potenza erogata in modo circa proporzionale, ed è il motivo per cui una giornata grigia produce meno di una giornata limpida.
Quanto produce un impianto fotovoltaico con diversi tipi di nuvolosità
La produzione di un impianto fotovoltaico in una giornata nuvolosa non ha un valore fisso: varia con il tipo di nube, la sua altezza e il suo spessore. Una stima ricorrente nel settore colloca la resa con cielo coperto da nubi basse tra il 10% e il 25% della potenza nominale; il dato va letto come ordine di grandezza, perché due giornate “nuvolose” possono dare risultati molto diversi.
| Condizione del cielo | Radiazione prevalente | Effetto sulla produzione fotovoltaica |
|---|---|---|
| Sereno | Diretta | Produzione massima, limitata solo da orientamento, inclinazione e temperatura dei moduli |
| Velato o con foschia | Diretta attenuata + diffusa | Calo moderato, la curva di produzione resta regolare |
| Parzialmente nuvoloso | Alternanza diretta/diffusa | Produzione variabile, con cali al passaggio delle nubi e picchi brevi ai bordi delle nuvole |
| Coperto uniforme | Diffusa | Calo marcato, produzione costante ma bassa |
| Pioggia o nubi temporalesche spesse | Diffusa molto ridotta | Produzione minima, la pioggia però rimuove polvere e residui dalla superficie dei moduli |
L’effetto bordo nube: quando le nuvole aumentano la potenza
Con il cielo parzialmente nuvoloso un impianto fotovoltaico può superare per pochi secondi o minuti la potenza misurata in una giornata serena. Il fenomeno si chiama cloud enhancement (sovrairraggiamento): i bordi delle nubi vicine al sole riflettono e concentrano luce sui moduli, sommandola alla radiazione diretta.
Uno studio sperimentale dell’Università di Tampere (Finlandia) ha misurato irraggiamenti di circa 1.450 W/m², a fronte di un massimo teorico a cielo sereno di circa 900 W/m² per quella zona. Una ricerca condotta a San Diego con l’Università della California ha registrato un picco di 1.466 W/m² in undici mesi di misure. Per chi progetta un impianto fotovoltaico, il sovrairraggiamento è un parametro di dimensionamento dell’inverter: un inverter troppo piccolo “taglia” questi picchi.
Temperatura e nuvole: un fattore che lavora a favore
I moduli fotovoltaici in silicio cristallino rendono meglio quando sono freddi. Le schede tecniche riportano un coefficiente di temperatura della potenza negativo: ogni grado oltre i 25 °C di cella riduce la potenza erogata. Nelle giornate fresche e coperte i moduli lavorano a temperature più basse rispetto a un pomeriggio estivo assolato, e la temperatura più bassa delle celle recupera una piccola parte dell’energia persa per la minore luce disponibile.
Fotovoltaico in inverno: nuvole e giornate corte
In inverno un impianto fotovoltaico produce meno per due motivi che si sommano: le ore di luce sono poche e le giornate coperte o piovose sono più frequenti. Il calo invernale dipende quindi solo in parte dalle nuvole.
L’ENEA ha osservato un impianto fotovoltaico domestico standard da 4,5 kW in una giornata tipo di novembre:
- la potenza massima si concentra tra le 11 e le 14;
- dopo le 16:30 l’impianto non produce più energia;
- la batteria di accumulo risulta completamente carica già a mezzogiorno, e da quel momento conviene consumare direttamente l’energia prodotta.
Secondo esperti dell’ENEA un impianto fotovoltaico gestito bene anche in inverno può ripagare l’investimento in circa 6 anni, mentre limitarne l’uso all’estate allunga i tempi di rientro. Per sfruttare al meglio la produzione invernale, ENEA indica di sincronizzare produzione e consumi con la domotica, per esempio avviando la pompa di calore nelle ore centrali della giornata anche quando in casa non c’è nessuno.
Le stime di producibilità annua includono già le giornate nuvolose
La resa di un impianto fotovoltaico si valuta sull’anno, non sulla singola giornata: le stime di producibilità usate in fase di progetto contengono già la quota di giornate nuvolose tipica del luogo di installazione.
Il sistema PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System), sviluppato dal Joint Research Centre della Commissione europea, calcola la produzione attesa partendo da dati di irraggiamento rilevati da satellite. Nella versione PVGIS 6 la base dati comprende le serie satellitari CMSAF SARAH-3 e le rianalisi meteorologiche ERA5 per il periodo 2014-2024. Le nuvole reali di quegli anni, quindi, sono già dentro il numero di kWh annui stimato.
Il valore da chiedere in un preventivo è la producibilità annua in kWh per ogni kWp installato, calcolata sull’indirizzo, sull’orientamento e sull’inclinazione reali della copertura. Una zona con più giornate coperte presenta una producibilità annua più bassa, e il dimensionamento dell’impianto fotovoltaico tiene conto di questa differenza fin dall’inizio.
Come limitare l’effetto delle giornate nuvolose sull’impianto fotovoltaico
Le nuvole non si possono evitare, ma la progettazione e la gestione dell’impianto fotovoltaico riducono l’energia persa e aumentano la quota di energia autoconsumata.
- Orientamento e inclinazione corretti. Un impianto esposto a sud con l’inclinazione adatta alla latitudine raccoglie più radiazione sia diretta sia diffusa. Con il cielo coperto la luce arriva da tutta la volta celeste: un’inclinazione moderata intercetta una porzione di cielo più ampia.
- Nessuna ombra sui moduli. Alberi, camini ed edifici vicini sottraggono luce anche quando la radiazione è già scarsa. Ottimizzatori di potenza e microinverter limitano le perdite quando l’ombreggiamento colpisce solo una parte dei pannelli.
- Moduli con buone prestazioni a basso irraggiamento. Le schede tecniche dei moduli fotovoltaici più complete riportano l’efficienza relativa a irraggiamenti ridotti, per esempio 200 W/m²: è il dato da confrontare se l’impianto sorge in una zona con molte giornate coperte.
- Inverter dimensionato sui picchi reali. Il rapporto tra potenza dei moduli e potenza dell’inverter deve considerare sia le giornate deboli sia i picchi da sovrairraggiamento.
- Accumulo proporzionato. Una batteria di accumulo conserva l’energia prodotta nelle ore centrali per la sera, ma la sua capacità va calcolata sulla potenza dell’impianto e sui consumi effettivi.
- Consumi spostati nelle ore di produzione. Programmare lavatrice, lavastoviglie, pompa di calore e ricarica dell’auto elettrica tra le 11 e le 15 sfrutta anche la produzione ridotta delle giornate grigie.
- Pulizia e manutenzione. Polvere, foglie e depositi tolgono luce ai moduli: con poca radiazione disponibile, ogni perdita pesa di più in proporzione.
Quando l’accumulo serve davvero e quando no
Per una famiglia che consuma soprattutto la sera, la batteria di accumulo è la soluzione che rende utile anche l’energia prodotta in una mattinata coperta. Per un’impresa che lavora di giorno, invece, la produzione fotovoltaica coincide già con i consumi: nelle giornate nuvolose la rete elettrica copre la differenza e l’investimento in accumulo va valutato soprattutto per la continuità di servizio, non per compensare le nuvole.
Impianti fotovoltaici progettati da Edisol Energia
Edisol Energia è un’azienda di energie rinnovabili ed edilizia sostenibile che progetta, realizza e mantiene impianti fotovoltaici per abitazioni, condomini e imprese.
Per ogni impianto fotovoltaico Edisol Energia segue l’intero percorso: progettazione sulla copertura reale, realizzazione, messa in esercizio, gestione delle pratiche per gli incentivi e manutenzione successiva. Gli impianti residenziali vengono studiati su tetti, giardini e pergolati; gli impianti aziendali sono scalabili sui consumi dell’attività e possono includere sistemi di accumulo.
I dettagli sull’offerta sono nella pagina impianti fotovoltaici di Edisol Energia. Chi gestisce un’azienda può approfondire il ruolo di fotovoltaico e accumulo nella guida agli interventi per ridurre la spesa energetica delle imprese. Per una stima di producibilità calcolata sul proprio tetto è possibile richiedere un preventivo a Edisol Energia.