I moduli bi-facciali sono una delle invenzioni più datate tra le tecnologie del fotovoltaico, risalente già agli anni 60. Ma è solo di recente che ha cominciato ad affermarsi. Secondo molti esperti, i moduli bifacciali diventeranno presto la tecnologia dominante nel settore fotovoltaico industriale.

I moduli bi-facciali circolano ormai dal 1960, ma è stato lo sviluppo della tecnologia PERC (Passivated Emitter Rear Cell) che ne ha incrementato significativamente l'efficienza e creato il potenziale per acquisire rilievo nel mercato del FV.

In ogni caso, ci sono ancora molte questioni che devono essere affrontate e risolte prima che i moduli bi-facciali possano rappresentare una più significativa porzione di mercato. Il costo è uno dei principali fattori da considerare.

Come per i moduli solari standard, il costo dei bi-facciali è precipitato nel corso degli ultimi vent'anni. Per di più, è significativo notare come insieme al calo del costo generale dei pannelli è diminuito anche il divario tra il costo dei moduli mono-facciali e il costo dei moduli bi-facciali.

Questa differenza di costo diventa tanto più piccola quanto più aumenta la produzione dei moduli bi-facciali: ovvero più moduli bifacciali vengono prodotti e meno i costi aggiuntivi derivanti dalla produzione del lato posteriore incidono sul costo totale.

Ma, l'incremento della loro produzione è sufficiente per coprire i costi addizionali? La risposta è complicata. Sebbene il costo dell'attrezzatura e dell'installazione di impianti FV bi-facciali non è eccessivo, ci sono altri fattori che ne impediscono un'adozione diffusa.

Per esempio, ci sono diversi elementi progettuali caratterizzanti esclusivamente i sistemi bi-facciali che contribuiscono ad un generale aumento dei costi di installazione. Il dimensionamento del lato DC, il sito dell'impianto e l'installazione possono essere una sfida per un impianto bi-facciale in confronto ad uno con moduli mono-facciali. Inoltre, a causa dell'elevato numero di variabili che la parte posteriore dei moduli comporta, diventa complesso riuscire a predire in maniera accurata i valori in uscita in fase di progettazione.

Non ci sono dubbi che i moduli bi-facciali portino ad una maggiore produzione del sistema FV. Ma il problema sta nel riuscire a capire come stimare accuratamente il costo dell'impianto e come predire con precisione quale sarà la potenza prodotta, tenendo in considerazione tutte le variabili in gioco.

Diversi studi hanno mostrato che i moduli bi-facciali possono aumentare la produzione di energia tra il 10 e il 20% in più rispetto ai pannelli mono-facciali, ed in caso di condizioni ambientali ottimali e sistemi con single-axis tracking, si possono raggiungere anche aumenti del 30-40%.

È importante tenere a mente che l'obiettivo è quello di raggiungere un LCOE ottimale (levelized cost of electricity) e non di raggiungere la potenza massima possibile. Infatti ci sono tanti altri modi per incrementare la potenza, ma molti di questi non sarebbero convenienti in termini economici. Per esempio, i dual-axis tracking possono incrementare notevolmente la potenza in uscita, ma al momento sono troppo costosi per essere consigliabili.

Abbiamo quindi esplicitato come uno dei maggiori ostacoli per quanto riguarda l'affermazione dei moduli bi-facciali nel mercato è la difficoltà di simulare accuratamente le performance dell'impianto e condurre precisi studi di fattibilità economica.

In ogni caso, nonostante vari ostacoli e incertezze e grazie alla sempre migliore affidabilità di strumenti e dati satellitari, le installazioni bi-facciali sono cresciute rapidamente nell'ultima mezza decade, da soli 97MW di capacità globale installata nel 2016, a quasi 6GW nel 2019. Secondo il Wood Mackenzie Consultancy, i moduli bi-facciali conteranno il 17% del mercato globale dei pannelli solari entro il 2024.

Consigli per la realizzazione di impianti con moduli bi-facciali

Riportiamo di seguito alcune delle pratiche più consigliate per ottenere un incremento del ROI e una minore LCOE quando si tratta di realizzare impianti con moduli bi-facciali:

• Alto albedo: Il sito scelto dovrebbe avere un alto albedo. Le migliori opzioni sono il cemento bianco o un tetto altamente riflettente, altrimenti anche la sabbia del deserto può andare bene. Ovviamente, anche la neve e il ghiaccio hanno un albedo molto alto.
• Altezza pannelli: questo parametro varia da sito a sito per diverse necessità, comunque spesso 1 metro è un buon compromesso tra costi e benefici. Aumentare l'altezza dei pannelli richiede di fare attenzione a variabili come la velocità del vento che potrebbe portare alla necessità di una struttura di montaggio più forte e più costosa.
• Inclinazione: anche questo parametro varia da sito a sito, ma generalmente 2~15 gradi in più rispetto ai mono-facciali è la soluzione più conveniente.
• Distanza tra le fila: nuovamente, anche questo parametro varia a secondo del sito e del progetto, in molti casi la distanza ottimale è risultata essere tra 6 e 8 metri. Certamente, andrà considerato anche il costo del terreno e la disponibilità di spazio. Dove il terreno è molto economico, aumentare la distanza tra le fila può risultare conveniente.
• Maggiore densità del MPPT: usare gli inverter di stringa con più MPPT (maximum power point tracking) possibili, è un modo conveninte per ridurre la mancata corrispondenza delle stringhe e assicurare performance efficienti. Più MPPT per watt meglio è.
• Single-axis tracking: ricercatori del Solar Energy Research Institute di Singapore hanno concluso che le installazioni di bi-facciali con single-axis tracking possono incrementare la resa di energia del 35% e raggiungere il più basso LCOE per la maggior parte delle aree dei terreni nel pianeta. Sebbene il dual-axis tracking ottiene la più alta generazione di energia, i suoi costi sono ancora troppo alti e non sono quindi convenienti.

Diverse analisi hanno mostrato che il costo dell'attrezzatura per l'installazione di un impianto FV bi-facciale è circa il 5% più alto del costo per impianti mono-facciali. Invece, l'aggiunta di single-axis trackers porta ad un' ulteriore +10% ai costi dell'attrezzatura rispetto ad un'installazione equivalente e senza tracking.

Quindi, un impianto FV bi-facciale con single-axis tracking può costare approssimativamente il 15% in più rispetto ad un mono-facciale senza sistema di inseguimento solare.

A causa dell'incertezza nelle analisi dei costi e nelle stime di performance degli impianti bi-facciali, spesso gli investitori sono riluttanti nel finanziare questi progetti. Capita infatti che gli investitori valutino il finanziamento di una sola porzione del progetto. Per esempio, se un progetto ha proiettato un guadagno del 10% in più rispetto ad un progetto con moduli standard equivalente, ci si potrebbe aspettare che l'investitore fornisca il 10% in più di finanziamento del debito rispetto al progetto mono-facciale.

Ma spesso accade, a causa delle diverse incertezze esplicitate, che non valuti la stima della produzione bi-facciale per intero, così da essere disposto a stimare un incremento di produzione del 50% più basso rispetto a quanto stimato originariamente e ad offrire quindi solo il 5% in più di finanziamento del debito (rispetto ad un progetto mono-facciale equivalente ). Indirettamente, questo causa un aumento del LCOE.

In sintesi, ci sono ancora diverse difficoltà che concernono l'analisi delle performance dei sistemi fv bi-facciali, ma via via, grazie all'uso e al miglioramento degli strumenti tecnologici e a sempre più casi studio disponibili, si sta procedendo verso una migliore comprensione delle potenzialità della tecnologia bi-facciale e ad un maggiore sfruttamento di essa.