Come progettare un impianto fotovoltaico: guida per tecnici e professionisti

La progettazione di un impianto fotovoltaico è un processo tecnico che richiede conoscenze approfondite in ambito energetico, elettrico e normativo. L'obiettivo principale è massimizzare l'efficienza del sistema in relazione alla disponibilità di spazio, alla radiazione solare e al profilo di consumo dell'utenza, ottimizzando al contempo i costi e il ritorno sull'investimento.

Questa guida fornisce una panoramica sulle fasi chiave della progettazione, soffermandosi su:

1. Analisi preliminare del sito;
2. Scelta della configurazione dell'impianto;
3. Progettazione elettrica dell'impianto;
4. Connessione alla rete e normative di riferimento;
5. Manutenzione e monitoraggio.

Inoltre, se desideri approfondire questi aspetti in modo pratico, ti consigliamo di consultare il nostro corso di progettazione di impianti a energia rinnovabile.
SCOPRI IL CORSO

1. Analisi preliminare del sito

L'analisi del sito di installazione è il primo passo fondamentale nella progettazione di un impianto fotovoltaico. Questa fase permette di valutare la fattibilità dell'impianto e di ottimizzarne il rendimento. I fattori principali da considerare includono l'irraggiamento solare, l'orientamento e l'inclinazione dei moduli, la presenza di ombreggiamenti e il fabbisogno energetico dell'utenza.

Irraggiamento solare e condizioni climatiche

L'irraggiamento solare è il parametro più importante per valutare il rendimento di un impianto. La quantità di energia solare disponibile varia in base a:

Latitudine e longitudine	la radiazione solare è maggiore nelle regioni meridionali rispetto a quelle settentrionali.
Condizioni atmosferiche locali	nebbia, pioggia, inquinamento e umidità possono ridurre la quantità di luce disponibile.
Dati di irraggiamento solare	si possono ottenere da banche dati come PVGIS o UNI 10349, che forniscono valori medi annui in kWh/m² per diverse zone geografiche.

Orientamento e inclinazione dei pannelli

In secondo luogo vanno valutati l'orientamento e l'inclinazione dei moduli fotovoltaici, perché questi influiscono direttamente sulla produzione dell'impianto. Per ottenere un orientamento ottimale, nell'emisfero nord, i pannelli devono essere orientati verso sud, poiché ricevono la massima esposizione solare durante la giornata.

Anche l'inclinazione dei pannelli gioca un ruolo importante nella produzione di energia, e deve essere scelta in base a diversi fattori tra cui alla latitudine a cui si trova il sito d'installazione e la stagionalità. La scelta più oculata è optare per modelli che permettono di variare l'angolatura di inclinazione in base alle esigenze.

Ombreggiamento e perdite di rendimento

Le ombre parziali o totali riducono l'efficienza dell'impianto e possono compromettere il rendimento dell'intera stringa fotovoltaica. Per minimizzare l'impatto delle ombreggiature, è necessario:

• Analizzare la posizione di eventuali ostacoli, come alberi, edifici, camini o antenne;
• Utilizzare strumenti di simulazione come PVSyst, Solar Pathfinder o SunEye per verificare l'impatto delle ombre stagionali;
• Adottare soluzioni tecniche, come ottimizzatori di potenza o microinverter, che limitano le perdite di rendimento nei moduli parzialmente ombreggiati.

Un'analisi dettagliata dell'ombreggiamento è essenziale per garantire una produzione costante e ottimizzare la disposizione dei pannelli.

Valutazione del fabbisogno energetico

Il dimensionamento dell'impianto deve essere calibrato in base ai consumi reali dell'utenza per evitare sovradimensionamenti o sottodimensionamenti. I dati da considerare sono:

• Consumo annuo in kWh, desumibile dalle bollette o da sistemi di monitoraggio.
• Andamento giornaliero e stagionale dei consumi, per verificare se la produzione solare coincide con il fabbisogno dell'utenza.
• Potenza impegnata e picchi di assorbimento, per determinare la potenza necessaria dell'inverter e la configurazione ottimale dell'impianto.

Conoscere il fabbisogno energetico consente di dimensionare l'impianto in modo da massimizzare l'autoconsumo e ridurre la dipendenza dalla rete.

Superficie disponibile e vincoli strutturali

Per la scelta della superficie di installazione occorre considerare lo spazio necessario e la tipologia di installazione.

Per quanto riguarda lo spazio:

• un modulo standard da 400 Wp occupa circa 2 m²;
• un impianto da 3 kWp richiede 15-20 m²;
• un impianto da 20 kWp necessita di oltre 100 m².

Per quanto riguarda la tipologia di installazione bisogna ricordare che:

Su tetto inclinato	richiede strutture di fissaggio specifiche e deve rispettare i vincoli statici dell'edificio
Su tetto piano	necessità di zavorre per resistere al vento, con inclinazione regolabile
A terra	richiede autorizzazioni specifiche e una valutazione geotecnica del terreno

2. Scelta della configurazione dell'impianto

La configurazione di un impianto fotovoltaico deve essere definita in base alle esigenze dell'utenza, alla disponibilità di spazio e alla strategia di utilizzo dell'energia prodotta. La scelta riguarda sia la tipologia di impianto che la selezione dei componenti principali, con particolare attenzione al dimensionamento corretto per ottimizzare il rendimento.

Tipologie di impianto

Gli impianti fotovoltaici possono essere di 3 tipologie:

• gli impianti grid-connected sono quelli connessi alla rete elettrica nazionale. L'energia prodotta viene utilizzata dall'utenza e l'eventuale surplus viene immesso in rete;
• gli impianti stand-alone, sono quelli indipendenti dalla rete e utilizzano un sistema di accumulo per garantire continuità energetica;
• gli impianti ibridi combinano le caratteristiche di un impianto grid-connected e di uno stand-alone, con l'energia prodotta che viene utilizzata direttamente dall'utenza, mentre l'eventuale surplus può essere immagazzinato in batterie per essere utilizzato quando necessario.

La scelta tra i tre è dettata dall'obiettivo energetico e dalle caratteristiche del sito di installazione, ma di certo è opportuno conoscere i pro e i contro di ciascun tipo di impianto.

Tipologia di Impianto	Vantaggi	Svantaggi
Impianto grid-connected (collegato alla rete)	offrono costi iniziali ridotti, minori esigenze di manutenzione e la possibilità di autoconsumare l'energia prodotta, vendendo l'eccesso e beneficiando di incentivi come lo Scambio sul Posto o il Ritiro Dedicato.	l'energia in eccesso immessa in rete non viene sempre valorizzata al massimo e, in caso di blackout, l'impianto si disattiva per motivi di sicurezza (a meno che non sia previsto un sistema di backup).
Impianto stand-alone (isolato dalla rete)	totale indipendenza dalla rete elettrica e nessun costo di connessione alla rete e nessuna dipendenza dalle variazioni tariffarie dell'energia.	richiedono un investimento iniziale elevato per le batterie, una gestione attenta dell'energia per garantire continuità e una maggiore manutenzione del sistema di accumulo.
Impianto ibrido (rete + accumulo)	offrono maggiore autonomia dalla rete, riduzione delle bollette, utilizzo dell'energia accumulata in caso di blackout e una gestione flessibile per ottimizzare l'autoconsumo.	presentano costi iniziali più elevati rispetto ai grid-connected, richiedono un dimensionamento accurato delle batterie per evitare sprechi o carenze energetiche e necessitano di una gestione attenta per massimizzare l'efficienza del sistema.

Scelta dei componenti principali

Dopo aver definito la tipologia di impianto, è necessario selezionare i componenti chiave: moduli fotovoltaici, inverter e, se previsto, un sistema di accumulo. Vediamo le loro caratteristiche.

I moduli fotovoltaici trasformano l'energia solare in energia elettrica e, in base alle caratteristiche del sito di installazione e agli obiettivi dell'utente è possibile scegliere tra diverse opzioni:

• Moduli monocristallini, che hanno un costo superiore ma offrono efficienza elevata (20-22%), maggiore rendimento in condizioni di luce scarsa e, risultano ideali per spazi limitati grazie alla maggiore produzione per metro quadro;
• Moduli policristallini, che hanno un costo più contenuto ma un'efficienza leggermente inferiore (16-18%), tuttavia hanno una buona resa in condizioni di luce diffusa e sono adatti a installazioni su grandi superfici, dove il costo è un fattore chiave;
• Moduli a film sottile, i più economici, con efficienza ancora più bassa (10-12%) ma con ottima resistenza alle alte temperature, sono utilizzabili su superfici curve o non ottimizzate per l'orientamento solare ma richiedono più spazio per ottenere la stessa potenza dei moduli cristallini.

Passiamo ora all'inverter, il dispositivo che converte la corrente continua generata dai pannelli in corrente alternata utilizzabile dalle utenze. La scelta dell'inverter dipende dalla potenza dell'impianto e dalle condizioni di installazione e può essere effettuata tra:

• Inverter di stringa, che collegano in serie più moduli fotovoltaici e rappresentano una soluzione più diffusa per impianti di media e grande dimensione con costi contenuti e alta efficienza.
• Microinverter installati su ogni singolo modulo, che permettono una gestione indipendente dell'energia prodotta e sono ideali per impianti con ombreggiamenti parziali o moduli con orientamenti diversi, ma hanno un costo più elevato;
• Inverter centralizzati, che permetto di gestire una potenza elevata con un unico dispositivo e hanno una maggiore efficienza ma necessitano di grandi spazi di installazione, per questo sono spesso utilizzati in grandi impianti industriali.

In fine se parliamo di impianti con sistemi di accumulo, la batteria è fondamentale per garantire l'indipendenza energetica e ottimizzare l'autoconsumo, in questo caso si può scegliere tra:

• Batterie al litio che garantiscono maggiore efficienza e durata nel tempo, con possibilità di scarica profonda senza comprometterne la vita utile;
• Batterie al piombo-acido, più economiche, che hanno un ciclo di vita più breve e necessitano di una gestione più attenta per evitare degradi prematuri;
• Supercondensatori, ancora poco diffusi, che offrono elevata velocità di carica/scarica e sono adatti per applicazioni specifiche come stabilizzazione della rete.

Dimensionamento ottimale e gestione dell'energia

Un impianto deve essere dimensionato in modo da massimizzare l'efficienza senza incorrere in sovradimensionamenti inutili, ecco dei parametri di cui tener conto:

Rapporto DC/AC (potenza pannelli/inverter)	deve essere compreso tra 1.1 e 1.3 per evitare perdite di efficienza.
Capacità del sistema di accumulo	deve coprire il fabbisogno dell'utenza nelle ore di assenza di produzione solare.
Monitoraggio e controllo	sistemi digitali permettono la gestione in tempo reale della produzione e del consumo.

La corretta scelta della configurazione e dei componenti garantisce un impianto efficiente, sicuro e con un ritorno economico ottimale. Passiamo ora alla progettazione elettrica dell'impianto per definire lo schema di collegamento e le protezioni necessarie.

3. Progettazione elettrica dell'impianto

La fase della progettazione elettrica include il dimensionamento della potenza, la configurazione delle stringhe e la predisposizione delle protezioni elettriche, di seguito analizzeremo le fasi principali di questo passaggio.

Dimensionamento della potenza dell'impianto

Il calcolo della potenza installabile deve tenere conto di diversi fattori:

• Fabbisogno energetico dell'utenza, considerando i consumi giornalieri e stagionali.
• Superficie disponibile, dato che un modulo standard da 400 Wp occupa circa 2 m².
• Vincoli normativi locali, che potrebbero limitare la potenza installabile o richiedere specifiche autorizzazioni.

Un corretto bilanciamento tra questi elementi consente di evitare sovradimensionamenti inutili e garantire la massima efficienza economica ed energetica.

Progettazione della stringa e schema elettrico

Per ottimizzare la configurazione delle stringhe fotovoltaiche gli aspetti fondamentali da considerare includono:

• Compatibilità tra tensione e corrente dei moduli e l'inverter scelto, evitando il rischio di sovraccarico o inefficienza nella conversione dell'energia;
• Rispetto della tensione massima di ingresso dell'inverter, per prevenire danni elettrici e garantire un funzionamento stabile;
• Numero di stringhe ottimizzato, per ridurre le perdite di mismatch e migliorare la gestione di eventuali ombreggiamenti parziali.

Sezionamento e protezioni

Un sistema di protezione adeguato previene guasti e garantisce la durata dell'impianto nel tempo, riducendo i rischi di malfunzionamenti e interruzioni, quindi, per garantire la sicurezza dell'impianto e la protezione dei dispositivi elettrici, è necessario prevedere una serie di protezioni obbligatorie:

• Sezionatori lato CC e CA, conformi alle normative CEI 64-8 e CEI 82-25, per consentire lo scollegamento sicuro dell'impianto in caso di manutenzione o emergenze.
• Protezione da sovratensioni (SPD), obbligatoria secondo CEI 64-8 per impianti sopra i 10 kWp, per proteggere inverter e moduli da scariche atmosferiche o disturbi di rete.
• Messa a terra e protezione differenziale, in conformità alla normativa vigente, per evitare dispersioni elettriche e garantire la sicurezza dell'impianto e delle persone.

4. Connessione alla rete e normative di riferimento

Per garantire la conformità dell'impianto fotovoltaico, è fondamentale rispettare le normative tecniche e procedere con le autorizzazioni richieste. La connessione alla rete elettrica deve seguire precisi requisiti stabiliti dalla normativa nazionale e dalle disposizioni del gestore di rete.

Normative di riferimento

Gli impianti fotovoltaici connessi alla rete devono rispettare una serie di normative tecniche, che regolano la progettazione, l'installazione e il funzionamento:

• la CEI 0-21 regolamenta la connessione degli impianti in bassa tensione;
• la CEI 0-16 riguarda gli impianti connessi in media tensione;
• il D.Lgs. 28/2011 definisce le linee guida per l'incentivazione delle energie rinnovabili in Italia;
• la Normativa GSE regolamenta l'accesso agli incentivi e i meccanismi di Scambio sul Posto e Ritiro Dedicato.

Tipologie di connessione alla rete

La connessione alla rete elettrica può avvenire con modalità diverse, a seconda della potenza installata e della destinazione dell'energia prodotta.

Impianti in Scambio sul Posto (SSP)	L'energia prodotta viene utilizzata per autoconsumo, mentre l'energia in eccesso viene immessa in rete e valorizzata tramite il meccanismo di compensazione economica ed è applicabile per impianti di potenza inferiore a 500 kW
Impianti in Ritiro Dedicato (RID)	L'energia immessa in rete viene venduta direttamente al GSE a un prezzo determinato dal mercato ed è adatto per impianti con produzione superiore al consumo.
Impianti ad Autoconsumo Totale	L'energia prodotta viene interamente utilizzata dall'utenza, senza immissione in rete e non richiede particolari autorizzazioni, ma necessita di un corretto dimensionamento per ottimizzare i consumi.

Autorizzazioni necessarie

L'installazione di un impianto fotovoltaico può richiedere autorizzazioni specifiche, in base alla potenza e alla tipologia di installazione.

• Edilizia libera, che è applicabile per impianti fino a 50 kW su tetto senza vincoli paesaggistici e non richiede permessi edilizi, ma va comunicata l'installazione al Comune;
• Procedura Abilitativa Semplificata (PAS), che è necessaria per impianti oltre 50 kW o per installazioni a terra e prevede una comunicazione preventiva al Comune e agli enti competenti;
• Autorizzazione Unica Regionale (AU), che è obbligatoria per impianti di grande potenza o in aree con vincoli ambientali e richiede la valutazione di impatto ambientale e il nulla osta di più enti.

Procedure di allaccio alla rete

L'allaccio dell'impianto alla rete elettrica segue un iter tecnico e amministrativo gestito dal distributore locale. Le fasi principali sono:

1. Richiesta di connessione
   L'installatore invia la domanda al gestore di rete, allegando la documentazione tecnica;
2. Progetto e verifica
   Il gestore valuta il progetto e comunica eventuali lavori necessari per la connessione;
3. Installazione e collaudo
   L'impianto viene installato e testato per verificare la conformità agli standard di rete;
4. Attivazione e convenzione GSE
   Dopo il collaudo, il GSE abilita l'impianto agli incentivi o ai meccanismi di scambio dell'energia.

La tempistica per l'allaccio può variare da poche settimane a diversi mesi, a seconda della complessità dell'intervento e della rapidità dell'ente gestore.

5. Manutenzione e monitoraggio

Un impianto fotovoltaico ben progettato richiede una manutenzione minima, ma un monitoraggio costante è essenziale per garantirne l'efficienza e la durata nel tempo. La corretta gestione dell'impianto permette di prevenire guasti, ottimizzare la produzione energetica e ridurre le perdite di rendimento, ecco quello che occorre sapere a rigurdo:

Tipologie di manutenzione

La manutenzione di un impianto fotovoltaico può essere suddivisa in due categorie principali: ordinaria e straordinaria.

La manutenzione ordinaria prevede:

• pulizia dei pannelli fotovoltaici;
• ispezione visiva dell'impianto;
• controllo delle connessioni elettriche.

La manutenzione straordinaria, invece, prevede:

• Sostituzione di moduli danneggiati;
• Interventi su inverter;
• Riparazione o aggiornamento del sistema di accumulo.

Monitoraggio delle prestazioni

I moderni impianti fotovoltaici sono dotati di sistemi di monitoraggio che consentono di controllare in tempo reale la produzione di energia e individuare eventuali anomalie.

Le principali funzionalità dei sistemi di monitoraggio includono:

• Monitoraggio della produzione;
• Analisi delle prestazioni;
• Controllo dei consumi;
• Gestione del sistema di accumulo.

I dati possono essere consultati su piattaforme cloud accessibili tramite web o app, consentendo agli utenti di verificare lo stato dell'impianto in qualsiasi momento.

Diagnosi e risoluzione dei guasti

Un sistema di monitoraggio avanzato aiuta a identificare tempestivamente eventuali problemi nell'impianto. Alcuni segnali di malfunzionamento includono:

Riduzione della produzione di energia	Può indicare sporcizia sui moduli, guasti all'inverter o problemi elettrici
Messaggi di errore dell'inverter	Ogni inverter ha un sistema di autodiagnosi che segnala anomalie di funzionamento
Temperature anomale	Un surriscaldamento può essere sintomo di un problema nei cablaggi o nei moduli

Se vengono rilevate anomalie, è necessario intervenire rapidamente per evitare ulteriori perdite di rendimento o danni ai componenti.

Manutenzione preventiva

La manutenzione preventiva è una strategia efficace per ridurre il rischio di guasti improvvisi e prolungare la vita utile dell'impianto. Include:

• Ispezioni periodiche ovvero controlli annuali per verificare lo stato dei componenti e l'efficienza dell'impianto.
• Verifica dello stato dei cablaggi, controllando eventuali segni di deterioramento o ossidazione.
• Test di efficienza dei moduli mettendo a confronto la produzione attuale con quella attesa.

Durata e vita utile dell'impianto

Un impianto fotovoltaico è progettato per durare nel tempo, ma alcuni componenti hanno una vita utile diversa:

Moduli fotovoltaici	Durata media di 25-30 anni, con una perdita di efficienza graduale.
Inverter	Vita utile di 10-15 anni, con necessità di sostituzione nel tempo.
Batterie di accumulo	Dipende dalla tecnologia: le batterie al litio durano in media 10-15 anni, mentre quelle al piombo-acido possono richiedere sostituzioni più frequenti.

Seguire un piano di manutenzione regolare e monitorare le prestazioni permette di massimizzare la durata dell'impianto e di garantire un ritorno economico ottimale.