Migliorare l’efficienza fotovoltaica in climi aridi mediante strategie di raffreddamento

Mantenere i pannelli solari freschi nel calore del deserto

In regioni calde e soleggiate, la stessa radiazione che rende conveniente l’energia solare può ostacolarla surriscaldando i pannelli e riducendone la produzione. Questo studio analizza metodi semplici per raffreddare pannelli installati sui tetti nell’aspro clima dell’Alto Egitto, così che famiglie e gestori di reti possano ottenere più elettricità dallo stesso impianto senza ricorrere a tecnologie complesse o costose.

Perché il calore danneggia i pannelli solari

I pannelli vengono testati a una temperatura standard simile a quella ambiente, ma su un tetto in una città arida la loro superficie può superare agevolmente i 50 gradi Celsius. Per i comuni pannelli al silicio, ogni grado in più rispetto allo standard riduce l’efficienza di circa mezzo punto percentuale. In luoghi come Asyut, nell’Alto Egitto, dove le giornate estive portano luce intensa e aria rovente, gran parte dell’energia incidente si trasforma in calore anziché in elettricità. Questo aumenta l’importanza di qualsiasi metodo pratico che riesca a dissipare calore preservando però la trasmissione della luce alle celle.

Tre modi per raffreddare un pannello sul tetto

Per esplorare la questione, i ricercatori hanno montato quattro pannelli identici sul tetto di un’università e li hanno fatti funzionare fianco a fianco durante le calde giornate di fine estate. Un pannello è stato mantenuto come riferimento senza raffreddamento. Il secondo è stato raffreddato frontalmente con una leggera nebulizzazione d’acqua alimentata da una piccola pompa e un serbatoio. Il terzo impiegava un tubicino metallico disposto a serpentina sul retro del pannello, con acqua raffreddata che circolava in un circuito chiuso. Il quarto pannello era posizionato sotto una lastra di vetro tintato posta a breve distanza dalla sua superficie, pensata come scudo passivo per ridurre abbagliamento e calore senza consumare energia.

Come sono stati eseguiti i test

Tra l’inizio di settembre e l’inizio di ottobre, il team ha registrato i dati ogni ora da metà mattina a metà pomeriggio, quando sole e temperatura dell’aria erano più elevati. A ogni intervallo hanno misurato la temperatura della superficie del pannello, l’intensità della radiazione solare, corrente e tensione, quindi hanno esplorato una gamma di carichi elettrici per tracciare la curva completa di potenza di ciascun pannello. Questa procedura accurata ha permesso di identificare la potenza massima che ogni configurazione poteva fornire in condizioni esterne quasi identiche e di collegare le variazioni di output alle variazioni di temperatura del pannello.

Cosa ha fatto il raffreddamento alla produzione di energia

I due metodi attivi a base d’acqua hanno raffreddato in modo significativo i pannelli e aumentato la potenza erogata. Il sistema a nebulizzazione, che bagna la superficie frontale a brevi intervalli, ha prodotto la diminuzione di temperatura superficiale maggiore nelle ore più calde e ha aumentato la potenza di picco di circa il 20 percento rispetto al pannello di riferimento non raffreddato. La serpentina sul retro ha fornito guadagni di picco leggermente inferiori ma spesso ha offerto la migliore potenza media giornaliera, grazie al suo raffreddamento costante in circuito chiuso e al modesto consumo d’acqua. In netto contrasto, il pannello coperto dal vetro ha funzionato a temperature inferiori rispetto al pannello scoperto ma ha subito forti perdite di potenza, in alcuni casi oltre un terzo, perché il vetro tintato e le sue staffe bloccavano o disperdevano gran parte della luce incidente.

Bilanciare acqua, costi e prestazioni

Oltre alla potenza pura, il team ha valutato questioni pratiche che un proprietario o un progettista potrebbe porsi. Il sistema a nebulizzazione aveva costi d’attrezzatura contenuti ma consumava più acqua, il che può essere problematico in regioni aride a meno che non siano disponibili fonti non potabili. La serpentina richiedeva più componenti iniziali e energia per la pompa, ma consumava pochissima acqua poiché ricircolava in un serbatoio chiuso. Lo scudo in vetro, pur essendo semplice e passivo, ha mostrato chiaramente che il raffreddamento ottenuto mediante ombreggiamento può ritorcersi contro: qualsiasi vantaggio dovuto alla temperatura più bassa veniva annullato dalla perdita di luce utile.

Cosa significa per il solare nelle regioni calde

Lo studio dimostra in termini chiari che il raffreddamento può aiutare i pannelli solari a lavorare meglio in condizioni di calore estremo, ma solo se preserva la luce necessaria al loro funzionamento. Nelle condizioni testate, il raffreddamento attivo a base d’acqua, in particolare i sistemi a nebulizzazione e a serpentina, ha offerto guadagni di potenza significativi, mentre la copertura in vetro ha ridotto la produzione nonostante abbassasse la temperatura. Per climi aridi e soleggiati, gli autori raccomandano di impiegare il raffreddamento a serpentina durante il calore moderato e passare alla nebulizzazione nelle ore più torride, evitando approcci con vetro ombreggiante che riducono l’irraggiamento. I risultati forniscono a pianificatori e installatori un quadro più chiaro di come semplici accessori di raffreddamento possano rendere l’energia solare più affidabile e produttiva dove serve di più.

Citazione: Abdelsattar, M., Saleh, O.M.A., Ali, A.F.M. et al. Enhancing photovoltaic efficiency in arid climates using cooling strategies. Sci Rep 16, 16141 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-50636-6

Parole chiave: raffreddamento pannelli solari, efficienza fotovoltaica, climi aridi, raffreddamento a nebulizzazione, raffreddamento a serpentina