Performance ratio del fotovoltaico: come calcolarlo

Il performance ratio fotovoltaico (PR) è il rapporto tra la resa finale dell'impianto, cioè i kWh prodotti per ogni kWp installato, e la resa di riferimento, cioè l'irraggiamento ricevuto sul piano dei moduli diviso 1 kW/m². Dice quanta parte dell'energia teoricamente disponibile l'impianto ha trasformato davvero, indipendentemente dalla taglia e dal meteo del periodo. È definito nella norma IEC 61724-1.

Cos'è il performance ratio

Il PR confronta quello che l'impianto ha prodotto con quello che avrebbe prodotto se avesse lavorato sempre con il rendimento nominale dei moduli in condizioni standard di prova (STC: 1.000 W/m² e 25 °C di temperatura delle celle). La differenza tra i due è l'effetto di tutte le perdite: secondo il rapporto NREL sul PR corretto per il meteo, inefficienza degli inverter, cavi, disaccoppiamento tra celle, temperatura elevata dei moduli, riflessione, sporcamento, fermi, ombre e guasti.

Più alto è il PR, più l'impianto è efficiente. Poiché è normalizzato su potenza e irraggiamento, puoi confrontare mesi diversi dello stesso impianto e impianti diversi tra loro, con le cautele che vediamo più sotto.

Come si calcola il performance ratio

Le linee guida O&M di SolarPower Europe riportano le definizioni in linea con la IEC 61724-1:

• Resa finale (Yf) = E / P0, dove E è l'energia prodotta o misurata nel periodo (kWh) e P0 la potenza nominale in corrente continua dell'impianto (kWp). Si esprime in kWh/kWp, cioè in ore.
• Resa di riferimento (Yr) = H / G STC, dove H è l'irradiazione sul piano dei moduli nel periodo (kWh/m²) e G STC = 1 kW/m². Anche questa si esprime in ore.
• Performance ratio: PR = Yf / Yr, spesso espresso in percentuale.

Messa in un'unica formula: PR = E / (P0 x H / 1 kW/m²).

Un esempio di calcolo

Ad esempio, un impianto da 1.000 kWp produce in un mese 120.000 kWh, e nello stesso mese l'irradiazione sul piano dei moduli è di 150 kWh/m².

• Yf = 120.000 / 1.000 = 120 kWh/kWp
• Yr = 150 / 1 = 150 h
• PR = 120 / 150 = 0,80, cioè 80%

Somma prima, dividi dopo

Se calcoli il PR di ogni quarto d'ora e poi fai la media, i valori del mattino e della sera, con poca energia, pesano quanto quelli di mezzogiorno. SolarPower Europe segnala che questo metodo "pesato sul tempo" può gonfiare il PR fino a un paio di punti percentuali e raccomanda il metodo pesato sull'irraggiamento: sommi tutta l'energia e tutto l'irraggiamento del periodo e solo alla fine fai la divisione.

Quali dati servono per calcolare il PR

• Energia prodotta: le linee guida di SolarPower Europe indicano i dati del contatore, raccolti con granularità fino a 15 minuti, come il miglior riferimento per calcolare PR e resa, molto più accurato dei dati degli inverter.
• Potenza nominale in continua: la somma delle potenze dei moduli installati. Il rapporto NREL usa la somma delle potenze da flash test.
• Irraggiamento sul piano dei moduli: misurato con piranometro o cella di riferimento, con la stessa granularità. Secondo le linee guida, nell'Europa centrale e occidentale le celle al silicio danno nel lungo periodo un PR più alto di circa il 2-4% rispetto a un piranometro a termopila.
• Temperatura dei moduli, se vuoi il PR corretto per la temperatura.

Perché il performance ratio cambia con le stagioni

I moduli rendono meno quando sono caldi. Il rapporto NREL indica una variazione tipica della potenza di circa lo 0,5% per °C e una variazione stagionale del PR che può arrivare a ±10%: d'estate il PR scende anche se l'impianto produce di più, d'inverno sale. Per confrontare periodi brevi, per esempio un collaudo di due settimane, SolarPower Europe raccomanda il PR corretto per la temperatura.

L'idea è ridurre la resa di riferimento in funzione della temperatura dei moduli: Yr corretta = Yr x [1 + γ x (Tmod - 25 °C)], dove γ è il coefficiente di temperatura della potenza dei moduli (negativo, in %/°C, dalla scheda tecnica) e Tmod la temperatura media dei moduli pesata sulla produzione. Ad esempio, con γ = -0,35 %/°C e Tmod = 45 °C, il fattore vale 1 - 0,0035 x 20 = 0,93. Un PR di 0,80 diventa 0,80 / 0,93 = 0,86.

Attenzione: il rapporto NREL osserva che correggere a 25 °C tende a sovrastimare le prestazioni reali, perché i moduli lavorano spesso molto più caldi. Per i contratti propone di correggere verso la temperatura media annua del sito, così il PR corretto resta confrontabile con quello annuo di progetto.

Quanto deve essere il performance ratio?

Non c'è un valore giusto per tutti: dipende da clima, tecnologia, progetto e metodo di calcolo. Il rapporto NREL del 2013 riporta per gli impianti nuovi valori tipici tra 0,6 e 0,9. Uno studio citato da NREL su circa 100 impianti in Germania ha trovato, per il 2010, PR tra il 70% e il 90%, con mediana dell'84%. Il confronto corretto è con il PR atteso del tuo impianto, calcolato in fase di progetto con le stesse convenzioni. Vedi anche producibilità attesa e reale.

Errori comuni nel calcolo del PR

• Irraggiamento orizzontale al posto di quello sul piano: con l'irraggiamento orizzontale (GHI) il PR risulta più alto e può superare 1. Non serve a confrontare impianti diversi, ma può servire a seguire lo stesso impianto nel tempo.
• Sensori sporchi: un sensore sporco misura meno sole e fa sembrare l'impianto migliore di quanto sia.
• Impianti sovradimensionati: se la potenza dei moduli supera quella degli inverter, nelle ore di sole la produzione è limitata e il PR scende senza alcun guasto. È una scelta di progetto.
• Punto di misura non dichiarato: il PR calcolato con il contatore include le perdite dei cavi, e se il contatore è dopo il trasformatore anche quelle del trasformatore; con l'energia degli inverter no. Scrivi sempre quale energia hai usato. Vedi perdite tra inverter e contatore.
• Fermi inclusi o esclusi: SolarPower Europe calcola il PR sui periodi di disponibilità; altri metodi includono i fermi tra le perdite. Verifica la definizione nel contratto e tieni separata la disponibilità.

L'energia del contatore per il PR

Per il numeratore del PR ti serve l'energia prodotta, con lo stesso dettaglio dell'irraggiamento. enerdata legge via GSM i contatori fiscali e ne fornisce la curva quartoraria e i totali del mese, esportabili in Excel. L'irraggiamento non lo misura: va preso dai tuoi sensori o da un'altra fonte. Vedi telelettura contatori.

Domande frequenti

Il performance ratio può superare il 100%?

Con l'irraggiamento sul piano dei moduli e sensori puliti di norma no. Valori sopra il 100% si vedono se usi l'irraggiamento orizzontale o se il sensore misura male.

Posso calcolare il PR senza un piranometro?

Sì, con l'irraggiamento stimato da dati satellitari, che le linee guida di SolarPower Europe considerano di accuratezza medio-alta. Il risultato è meno preciso di una buona misura sul posto.

Meglio il PR mensile o annuale?

Il PR annuale è il riferimento per i contratti. Quello mensile serve a seguire l'impianto, ricordando che d'estate è più basso per effetto della temperatura.

Che differenza c'è tra PR e disponibilità?

La disponibilità misura per quanto tempo l'impianto era in grado di produrre; il PR misura quanto bene ha trasformato il sole in energia.