La parola valore deriva dal verbo latino vălĕo che significa essere forte, essere capace. Seguendo dunque la definizione, il valore si può misurare in base alla capacità di svolgere una funzione al meglio. Questo è proprio il filo logico che si usa per stabilire la qualità dei pannelli fotovoltaici. Essi, infatti, devono superare diversi test a pieni voti prima di poter accedere al mercato. Vediamo insieme quali fatiche di Ercole devono vincere i nostri amati pannelli!
Il campo di battaglia: la camera climatica
I test non possono essere eseguiti all’esterno, semplicemente lasciando il pannello esposto al sole e vedendo cosa succede. Questo non avviene principalmente per due motivi. Il primo è che le condizioni climatiche non possono essere controllate, mentre per eseguire un test tutti i parametri in gioco (come irradianza, temperatura e umidità) devono seguire degli standard molto rigorosi. Se così non fosse, ognuno testerebbe i propri pannelli fotovoltaici in maniera diversa e confrontare più test tra loro sarebbe impossibile! Il secondo motivo è invece una questione di tempo. La vita media di un pannello è di 25 anni (e si sta ancora allungando), ma ovviamente il test non può durare così a lungo. Dunque è necessario sottoporre il pannello a delle condizioni più severe rispetto a quelle ambientali, in modo tale da poter simulare i danni che subirà lungo l’arco dell’intera vita in un tempo decisamente minore.
La soluzione a questi problemi è la camera climatica. È uno strumento da laboratorio che permette di simulare svariate condizioni ambientali, dalle più normali a quelle più estreme, e di valutare come il pannello reagisca ad esse. Possiamo immaginarla come una grossa macchina del tempo meteorologico: il campione entra dentro, si sbarra la porta e il pannello viene teletrasportato non avanti e indietro nel tempo ma in svariati climi diversi. Si può passare facilmente da una calda giornata afosa ad una fitta tempesta di grandine, senza che il pannello debba essere mosso di un centimetro. Nel frattempo, un esercito di sensori monitora le prestazioni del malcapitato sotto esame: solo i migliori superano la prova.
Non ci sono più le mezze stagioni: test di temperatura e umidità
I due nemici giurati dei pannelli fotovoltaici sono senza dubbio temperatura ed umidità. La prima riduce sensibilmente le prestazioni, mentre la seconda si infiltra nella struttura cortocircuitando la parte elettrica. È dunque doveroso mettere alla prova i pannelli fotovoltaici, simulando nella camera climatica le condizioni più estreme possibili. Il primo test molto importante è il thermal cycle test. Consiste nel sottoporre il pannello a una variazione continua di temperatura, nell’intervallo tra -40°C e +85°C. Le regole del gioco sono chiare: la variazione di temperatura non può essere più rapida di 100°C all’ora e ogni volta che si raggiungono gli estremi, questi devono essere mantenuti per almeno 10 minuti. La prova è molto impegnativa perché fa lavorare il campione in un regime transitorio perenne, dove le condizioni ambientali cambiano di continuo. Il pannello deve essere in grado di adattarsi rapidamente alle variazioni: i più pigri vengono scartati.
Se pensate che siamo stati troppo severi, non avete ancora sentito in cosa consiste il damp heat test. È l’incubo di qualunque aspirante impianto fotovoltaico, la prova termodinamica senza dubbio più gravosa. Il pannello viene sottoposto per tempi prolungati (fino a 1000 ore) a temperatura e livelli di umidità proibitivi: 85°C e 85% di umidità, praticamente come una qualunque estate in Pianura Padana… Una variante di questa prova della morte è lo humidity-freeze test. Le condizioni climatiche estreme si mantengono per molte meno ore, ma in compenso la temperatura viene successivamente abbassata a -40°C. In questo modo, se dell’umidità fosse penetrata nel pannello, a questa temperatura ghiaccerebbe e, aumentando di volume, danneggerebbe visibilmente la struttura. Quando si parla di umidità non si è mai troppo cauti: è fondamentale che il pannello sia completamente stagno.
Scossa? Va bene! Test di isolamento elettrico
Un’altra caratteristica fondamentale da testare prima di mettere i pannelli fotovoltaici sul mercato è il loro grado di isolamento elettrico. La sicurezza delle persone che li maneggiano deve essere garantita in qualunque condizione operativa. Prima di eseguire il test, si prendono i due cavi elettrici in uscita dal modulo fotovoltaico e li si cortocircuitano tra di loro: così facendo si cambia il percorso del circuito elettrico. La corrente non segue più il tragitto standard (entra da un cavo, esce dall’altro), ma passa contemporaneamente in entrambi i cavi, chiudendo il proprio percorso sulla cornice metallica. Questo è il modo più semplice per simulare cosa avverrebbe se durante un guasto elettrico una persona toccasse il pannello. Bisogna assicurarsi che la perdita di corrente sia la minore possibile, poiché scorrerebbe attraverso la persona stessa! Durante la prova, si applica una differenza di potenziale di 1000 V e si verifica che la resistenza sia maggiore di 40 MΩ per metro quadro. Non si effettua direttamente una misura della corrente, ma la si trova indirettamente tramite la legge di Ohm:
\[ I = \frac{V}{R} \]
dove I è la corrente, V è il voltaggio e R la resistenza elettrica. A pari voltaggio, maggiore la resistenza minore sarà la corrente: le due grandezze sono inversamente proporzionali.
Let it snow: test di resistenza meccanica
Parliamo ora di un altro tipo di prova, sicuramente di grande impatto! Per testare la resistenza meccanica agli urti, la prassi industriale prevede di utilizzare il cugino aggressivo della neve: la grandine. Il pannello viene posto di fronte a dei cannoni spara grandine e subisce un bombardamento di palle di ghiaccio a tutta velocità. Le sfere hanno dei diametri tra 2,5 e 5 cm. Lo standard prevede una velocità tra i 40 e i 65 km/h, ma nuovi pannelli si sono dimostrati in grado di resistere anche a raffiche di 90 km/h. Alcune aziende produttrici dichiarano che i loro moduli siano in grado di resistere a folate fino a 130 km/h! Questo celere incremento delle prestazioni non deve destare stupore: i pannelli sono ricoperti da una spessa superficie di vetro temprato (lo strato responsabile di gran parte dello spessore e del peso del pannello), un materiale che sta diventando sempre più prestante in ogni campo di applicazione. Tutti possiamo facilmente toccare con mano le grandi capacità di questo materiale semplicemente andando in cucina: basta utilizzare una teglia in Pyrex per avere a che fare con un membro della famiglia dei vetri temprati.
Questi sono solo alcuni dei test a cui vengono sottoposti i moduli fotovoltaici. Come avrete capito, i pannelli non hanno affatto vita facile: devono superare un rigido addestramento militare prima di essere degni di prendere posto sui tetti delle nostre case.
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