Come collegare i pannelli solari: serie o parallelo

Serie o parallelo è la prima domanda di chi ha comprato due pannelli e un microinverter, e le risposte che girano arrivano quasi tutte da impianti da tetto o da installazioni in camper. Su un balcone la questione si chiude in fretta, perché i limiti dell’apparecchio a valle lasciano una sola strada praticabile. Qui trovi il perché, con i numeri di scheda dei moduli e dei convertitori in commercio.

Serie e parallelo: cosa cambia davvero

Le due configurazioni si distinguono per una sola cosa, quale grandezza si somma.

In serie i moduli si collegano uno di seguito all’altro, il polo positivo del primo al negativo del secondo. La corrente attraversa entrambi e resta quella di un modulo solo, mentre le tensioni si sommano. Due pannelli da 32 V e 13,5 A diventano una stringa da 64 V e 13,5 A.

In parallelo i poli dello stesso segno si uniscono fra loro, positivo con positivo e negativo con negativo. La tensione resta quella di un modulo solo, mentre le correnti si sommano. Gli stessi due pannelli diventano un insieme da 32 V e 27 A.

La potenza teorica è identica, e questa è la ragione per cui la scelta sembra libera. Libera non è, perché il convertitore a valle ha due tetti distinti, uno sulla tensione e uno sulla corrente, e ogni configurazione va a bussare a uno dei due.

I due limiti che decidono tutto

Ogni microinverter dichiara in scheda tre valori che vanno letti insieme: la tensione massima in ingresso, che è un limite di sicurezza da non superare mai; la finestra MPPT, cioè l’intervallo entro cui l’inseguitore riesce a lavorare; e la corrente massima per ingresso, con accanto la corrente di cortocircuito ammessa.

Il quadro è omogeneo su un punto e variabile sull’altro. La tensione massima è 60 V su quattro modelli su cinque, e il quinto arriva a 65: è il valore di progetto degli stadi d’ingresso di questa categoria di apparecchi. La corrente ammessa oscilla invece parecchio, da 12,5 a 20 A, e questo margine diverso è quello che rende possibile o impossibile una configurazione.

Tradotto in un disegno, i due limiti formano un rettangolo, e ogni modo di collegare i moduli è un punto in quel piano.

Perché due moduli in serie sono sempre esclusi

Questo è il punto su cui non esiste margine di trattativa, e basta una somma per vederlo.

Un modulo di formato pieno come il JA Solar da 440 W dichiara 38,9 V a circuito aperto. Due in serie fanno 77,8 V, quasi venti volt oltre il limite di 60. Con i moduli compatti la situazione peggiora, perché hanno meno corrente e più tensione: l’enjoy solar da 210 W dichiara 43,6 V, e due in serie arrivano a 87,2 V.

Il danno che ne deriva merita una spiegazione, perché aiuta a capire perché quel limite è così rigido. La tensione massima in ingresso è dimensionata sui componenti dello stadio di conversione, condensatori e transistor, che hanno una tensione di tenuta precisa. Superarla non provoca un calo di prestazioni: provoca il cedimento del componente, spesso in modo immediato e sempre fuori garanzia. E la tensione a vuoto di un modulo è presente ogni volta che c’è luce, anche prima che l’inverter si accenda, perché un pannello non ha alcun interruttore a monte.

C’è poi un secondo aspetto, meno drammatico e altrettanto concreto. Anche ammesso che la tensione stesse sotto il limite di sicurezza, dovrebbe comunque cadere dentro la finestra MPPT, che sul Deye SUN-M80G3 si chiude a 55 V e sull’APsystems EZ1-M addirittura a 45. Sopra quella soglia l’inseguitore non lavora, quindi il modulo produrrebbe meno di quanto può.

Il freddo alza la tensione, e il conto va fatto a gennaio

C’è una trappola che riguarda anche chi resta su un modulo per ingresso, ed è la variazione della tensione con la temperatura.

I valori di scheda valgono a condizioni STC, cioè con la cella a 25 °C. La tensione a vuoto sale quando la cella si raffredda, secondo il coefficiente di temperatura di Voc dichiarato in scheda, che si aggira fra -0,25 e -0,36 punti percentuali per grado. Il modulo enjoy solar dichiara proprio -0,36 % per grado, quindi:

Un modulo da solo resta comodamente sotto i 60 V anche a -20 °C, con nove volt di margine. Due in serie erano già fuori a 25 °C e a gennaio superano i 98 V.

Il momento critico dell’anno è preciso: una mattina serena e gelida, con il sole appena arrivato sul modulo e la cella ancora alla temperatura dell’aria. È l’istante in cui la tensione tocca il massimo assoluto dell’anno, e su un impianto verticale al Nord capita ogni inverno. Come si leggono in scheda i tre coefficienti di temperatura sta nella guida alla scheda tecnica dei pannelli solari.

Il parallelo funziona, a una condizione

Il collegamento in parallelo non incontra il muro della tensione, perché la lascia invariata. Incontra quello della corrente, e lì il margine dipende dai moduli.

Due moduli di formato pieno in parallelo sono fuori da qualunque apparecchio della categoria, compreso l’APsystems EZ1-M che con 20 A per canale è il più generoso. Due moduli compatti in parallelo, invece, stanno dentro anche sul Deye che si ferma a 13 A, e la loro tensione di lavoro di 37,2 V cade dentro tutte le finestre MPPT della tabella.

Se scegli questa strada servono due accorgimenti. Il primo è il connettore a Y sul lato continua, una coppia di derivatori MC4 che uniscono i due positivi e i due negativi prima dell’ingresso. Il secondo è la corrispondenza fra i moduli: stesso modello, stessa potenza, stessa esposizione, perché in parallelo i due pannelli condividono per forza la stessa tensione e quello che lavora lontano dal proprio punto ottimale perde.

Sul fusibile la risposta è tranquillizzante: con due sole stringhe in parallelo non serve. Le protezioni di stringa hanno senso da tre stringhe in su, quando la corrente delle altre può rifluire in quella guasta, e con due la corrente di ritorno disponibile è quella di un solo modulo, poco sopra la sua corrente di lavoro.

La regola del balcone: un modulo per ogni ingresso MPPT

Arrivati qui la conclusione si scrive da sola, e coincide con quello che i costruttori hanno progettato: ogni modulo va sul proprio ingresso. È il motivo per cui un microinverter da 800 VA ha due ingressi e uno da 2.000 VA ne ha quattro, invece di averne uno solo più grande.

Il vantaggio non è solo di compatibilità. Un inseguitore MPPT regola continuamente la tensione a cui tiene il modulo, per restare sul punto in cui il prodotto tensione per corrente è massimo. Quel punto si sposta con la luce e con la temperatura, e ogni modulo ha il suo.

Quando due pannelli condividono un ingresso, l’inseguitore può scegliere un solo punto di lavoro per entrambi, quindi trova un compromesso. Se uno dei due finisce in ombra, il compromesso peggiora e la perdita si estende anche al pannello illuminato. Con un MPPT per modulo l’ombra resta confinata dov’è, e l’altro continua a erogare la sua potenza piena. Su un balcone, dove un parapetto, una tenda o il palazzo di fronte creano ombre parziali con regolarità, questo è il vantaggio che conta di più. Quanto costa davvero un’ombra parziale sta nella guida al pannello fotovoltaico in ombra.

Un corollario pratico: con ingressi separati puoi montare moduli diversi. Un pannello da 440 W su un ingresso e uno da 210 W sull’altro funzionano senza penalizzarsi, perché i due inseguitori lavorano in modo indipendente. La regola dei moduli identici vale dentro la stessa stringa, non fra ingressi diversi.

Come si collegano in pratica, nell’ordine giusto

La parte manuale è breve e ha una sequenza che va rispettata.

1. Innesta i connettori MC4 fino allo scatto, uno per polarità, seguendo le etichette sulla scatola di giunzione del modulo e sull’ingresso del microinverter. Un innesto parziale scalda e in corrente continua può arrivare all’arco elettrico.
2. Verifica la polarità prima di innestare se hai dubbi, con un multimetro in continua: il modulo è in tensione appena riceve luce, quindi la misura è immediata.
3. Inserisci la spina di rete per ultima. Da quel momento il microinverter cerca la rete, si sincronizza e comincia a produrre.
4. Per lo smontaggio inverti l’ordine: prima si sfila la spina, così il convertitore smette di assorbire dal lato continua, poi si aprono gli MC4 con la chiavetta apposita. Un connettore in continua aperto sotto carico genera un arco che non si spegne da solo.
5. Tappa gli ingressi liberi. Gli MC4 raggiungono i gradi IP65 e IP68 soltanto da accoppiati, e un ingresso scoperto sul balcone si ossida in pochi mesi.

Il dettaglio dei connettori, dei gradi di protezione e degli errori di accoppiamento sta nella guida al connettore MC4, mentre la sequenza completa di montaggio, staffe comprese, è in quella su come installare un fotovoltaico da balcone. Sulla sezione e sulla lunghezza delle prolunghe, che su un impianto a bassa tensione pesano più di quanto si creda, c’è la guida al cavo per pannello solare.

Fuori dal balcone: il caso a 12 volt con regolatore di carica

Molte delle risposte che si trovano in rete su serie e parallelo nascono da un contesto diverso, cioè gli impianti isolati dalla rete: camper, barche, casette da giardino. Lì fra i pannelli e la batteria sta un regolatore di carica al posto del microinverter, e le regole cambiano.

I regolatori MPPT accettano tensioni di ingresso molto più alte, spesso 100 V o 150 V, quindi la serie torna disponibile e anzi conviene: a parità di potenza, più tensione significa meno corrente e quindi meno perdite sui cavi e sezioni più piccole. I regolatori PWM, più economici, vogliono invece una tensione vicina a quella della batteria, e lì il parallelo è quasi obbligato.

Il criterio resta lo stesso di un balcone, applicato a un’altra scheda tecnica: la tensione a vuoto a freddo deve stare sotto la tensione massima del regolatore, e la corrente sotto quella di carica ammessa. Il dimensionamento del lato batteria sta nella guida alla batteria per pannelli solari da 12 V.

Gli errori che si ripetono più spesso

Quattro situazioni tornano con regolarità nei forum, e nascono tutte dallo stesso equivoco.

Applicare le regole del tetto al balcone. Su un impianto residenziale da 4 kW i moduli stanno in serie a formare stringhe da 400 V, perché l’inverter di stringa è progettato per quelle tensioni. Il microinverter da balcone lavora a 32 V, e la stessa scelta lo distrugge.

Fidarsi del kit preassemblato senza leggere le schede. Alcuni kit venduti online includono un cavo di prolunga con derivatore a Y, che suggerisce il parallelo. Il derivatore serve quando i moduli sono compatti; con due pannelli di formato pieno lo stesso accessorio porta la corrente ben oltre il limite.

Dimenticare il freddo. Il conto fatto sui valori di scheda a 25 °C lascia credere di avere margine, e a gennaio il margine si riduce di cinque o sei volt. La verifica va fatta con la temperatura minima del luogo.

Guardare la potenza invece della corrente. Un modulo da 440 W e uno da 460 W hanno quasi la stessa potenza e correnti diverse, 13,55 A contro 13,87 A, e proprio quei tre decimi di ampere escludono il secondo da un microinverter con 13 A per canale. La compatibilità si decide sulla corrente, quasi mai sui watt.

Il verdetto

Su un impianto da balcone la risposta a serie o parallelo è una terza opzione: nessuna delle due. Ogni modulo va sul proprio ingresso MPPT, ed è esattamente il modo in cui i microinverter con due o quattro ingressi sono stati progettati.

La serie è esclusa dai numeri, senza eccezioni: due moduli sommano 78 V di formato pieno e 87 V di formato compatto, contro i 60 V che quasi tutti gli apparecchi della categoria ammettono, e il freddo di gennaio aggiunge ancora cinque o sei volt. Il parallelo è possibile soltanto con moduli a bassa corrente, dove due pannelli da 210 W arrivano a 11,3 A e restano dentro il limite, mentre due da 440 W arrivano a 27,1 A e sono fuori ovunque.

Il vantaggio della configurazione a un modulo per ingresso va oltre la compatibilità, e si vede nelle giornate in cui un’ombra passa su metà del balcone: il pannello colpito perde, l’altro continua a erogare la sua potenza piena. Prima di ordinare, quindi, fai i tre confronti che chiudono la questione: la tensione a vuoto alla temperatura minima del tuo inverno sotto la tensione massima, la tensione di lavoro dentro la finestra MPPT, la corrente di lavoro sotto la corrente ammessa. Come si trovano quei numeri in scheda lo spiega la guida alla scheda tecnica dei pannelli solari.