Come costruire un pannello solare: cosa serve davvero

Costruire da soli il proprio pannello solare è un’idea che torna ogni volta che si guarda il prezzo di un impianto. In fondo il principio è noto, le celle si comprano sfuse e i tutorial abbondano. La catena industriale che porta dalla cella al modulo ha però nove passaggi, e uno di questi cambia tutto: sapere quale, e perché, dice in dieci minuti se il progetto vale il tuo tempo.

Le nove fasi con cui nasce un modulo

Un modulo fotovoltaico sembra un oggetto semplice, e la sua linea di produzione racconta un’altra storia. Queste sono le fasi nell’ordine in cui si svolgono, con quello che serve davvero a ciascuna.

Preparazione dei materiali. Il vetro frontale viene pulito, i fogli di incapsulante EVA e il backsheet vengono tagliati a misura. Il vetro è temperato, spesso 3,2 mm, a basso contenuto di ferro perché il ferro assorbe luce.

Stringatura. Una macchina chiamata stringer salda le celle in serie con un nastro di rame rivestito di stagno, il ribbon. Ogni cella viene collegata alla successiva fronte-retro, così la stringa somma le tensioni.

Lay-up. Le stringhe vengono posate sul vetro sopra il primo strato di incapsulante, allineate con tolleranze di frazioni di millimetro.

Saldatura dei bus. Le stringhe vengono unite fra loro con il bus ribbon, di sezione maggiore, che porta la corrente complessiva verso la scatola di giunzione.

Prelaminazione. Si aggiungono il secondo strato di EVA e il backsheet. A questo punto si esegue un primo test di elettroluminescenza per scoprire celle incrinate o contatti interrotti, prima che diventino irrecuperabili.

Laminazione. Il pacchetto entra nel laminatore. Vuoto spinto, temperatura fra 140 e 150 °C, ciclo da 8 a 15 minuti. Torniamo fra un attimo su questa fase.

Telaio. L’incapsulante in eccesso viene rifilato e si applica il telaio in alluminio, incollato con nastro biadesivo strutturale o con silicone.

Scatola di giunzione. La junction box con i diodi di bypass viene incollata sul retro e i terminali saldati o crimpati.

Test finali. Il flash test misura la curva corrente-tensione sotto un lampo calibrato e classifica il modulo per potenza. Segue un secondo test di elettroluminescenza e la prova di rigidità dielettrica, che verifica l’isolamento ad alta tensione.

Su una linea moderna il percorso completo richiede dalle 2 alle 4 ore per modulo. Un impianto da 1 GW all’anno impiega dieci laminatori e venti stringer in parallelo.

La laminazione è il passaggio che non si improvvisa

Se c’è una ragione tecnica per cui l’autocostruzione non produce un modulo equivalente, è questa fase, e vale la pena capire cosa succede lì dentro.

L’EVA, etilene-vinil-acetato, arriva in fogli trasparenti che a temperatura ambiente sono termoplastici: si ammorbidiscono con il calore e tornano rigidi raffreddandosi. Nel laminatore il pacchetto viene prima messo sotto vuoto, per estrarre tutta l’aria intrappolata fra vetro, celle e backsheet, poi portato fra 140 e 150 °C. A quella temperatura l’EVA fonde e comincia una reazione chimica, la reticolazione: le catene del polimero si legano fra loro e il materiale passa da termoplastico a termoindurente. Da quel momento non si scioglie più, nemmeno sotto il sole di agosto su un tetto.

Il parametro di controllo di quella reazione è il grado di reticolazione, che nella produzione di qualità si mantiene fra l’80 e il 90 %. Sotto quella soglia il laminato si delamina negli anni, cioè si staccano gli strati e l’acqua entra. Sopra, il materiale diventa fragile.

Un banco di casa non riproduce nessuna delle tre condizioni insieme: vuoto spinto, temperatura uniforme su tutta la superficie, tempo controllato. Le vie alternative che circolano nei tutorial, resina epossidica colata o incapsulamento in silicone sotto un vetro, danno una protezione reale contro pioggia e polvere, con due limiti che dopo qualche stagione si notano. Il primo è l’ingiallimento sotto raggi ultravioletti, che riduce la luce che arriva alle celle. Il secondo è il bordo: la sigillatura perimetrale fatta a mano è il punto da cui l’umidità entra per prima, e quando arriva ai contatti in rame l’ossidazione fa il resto.

Il conto delle celle, che è la vera sorpresa

Molti progetti si fermano qui, e il motivo è aritmetico più che tecnico: il conto non torna. Ecco i numeri, con i prezzi che i rivenditori italiani per l’autocostruzione praticano oggi.

Una cella monocristallina da 159 × 159 mm costa intorno a 1,79 € e produce fra 5,59 e 5,72 W. Sono circa 0,32 € per watt di picco, per il solo elemento attivo.

Il punto che chiude la questione economica sta nella prima riga. Le sole celle di un modulo da 440 W costano già circa il 70 % del prezzo a cui quel modulo si compra finito. Il JA Solar da 440 W bifacciale parte da circa 199,00 €, cioè 0,45 € per watt di picco, con vetro, telaio, scatola di giunzione, garanzie e certificati.

La ragione è banale e vale la pena dirla: chi produce moduli compra le celle a volumi che nessun privato raggiunge, e la lavorazione è quasi interamente automatica. Il valore aggiunto della fabbrica costa meno del margine che il rivenditore di celle sfuse applica su una vendita al pezzo.

Le celle sono più fragili di quanto immagini

Chi ha maneggiato una cella lo sa già, chi ordina il primo pacco lo scopre nei primi minuti. Una cella al silicio cristallino ha uno spessore intorno ai 0,15 mm, meno di due fogli di carta, e la sua rigidità è quella di una lastra di vetro sottilissima.

Tre modi tipici di romperle:

• la flessione: sollevare una cella da un solo lato la incrina quasi sempre, va presa piatta e appoggiata su una superficie liscia;
• la pressione locale: un dito che spinge nel punto sbagliato durante la saldatura lascia una frattura che a occhio non si vede;
• lo shock termico del saldatore: il rame e il silicio si dilatano in modo diverso, e un contatto troppo lungo del punto caldo genera tensioni interne che si manifestano mesi dopo.

Le microfratture sono il problema più insidioso, perché non spengono la cella subito. Riducono la sezione utile di conduzione, creano punti caldi e nel tempo si allargano con i cicli termici quotidiani. È esattamente il motivo per cui l’industria fa un test di elettroluminescenza prima della laminazione e uno dopo: una cella incrinata si sostituisce prima di sigillare, mai dopo.

Nelle linee di produzione le celle non vengono mai toccate a mano. Ventose e bracci automatici le spostano, le allineano e le appoggiano. Su un tavolo di casa quel gesto lo fai tu, e il tasso di scarto sui primi tentativi è alto.

Perché un pannello autocostruito non può andare in rete

Questa è la parte che in Italia chiude il discorso, e conviene conoscerla prima di comprare il materiale, non dopo.

Per collegare un impianto di produzione alla rete in bassa tensione serve la dichiarazione di conformità rilasciata da un installatore abilitato. Quel documento certifica che l’impianto è stato realizzato a regola d’arte e con componenti conformi alle rispettive norme di prodotto. Per i moduli fotovoltaici quelle norme sono due, entrambe verificate da un laboratorio terzo su campioni di produzione:

• la IEC 61215, che qualifica il progetto sottoponendo i moduli a cicli termici, umidità, gelo, carichi meccanici, grandine e invecchiamento accelerato;
• la IEC 61730, che riguarda la sicurezza elettrica e meccanica, dalla resistenza all’arco all’isolamento.

Nessun privato può ottenerle per un esemplare unico costruito in casa, perché le prove sono distruttive, si eseguono su lotti e costano molte volte il valore del pannello. Senza quei certificati un installatore non può firmare la dichiarazione, e senza la dichiarazione non si presenta né la Comunicazione Unica sotto gli 800 W né il Modello Unico sopra quella soglia.

C’è poi un secondo ordine di conseguenze, spesso trascurato:

• l’assicurazione sulla casa può contestare un sinistro originato da un componente non conforme installato senza titolo;
• il condominio, se il pannello sta su una parte comune o su una facciata visibile, ha titolo per chiedere la rimozione di un’installazione irregolare;
• le detrazioni fiscali presuppongono una fattura per un intervento documentato, quindi un pannello autocostruito ne resta fuori in partenza.

Il quadro completo delle regole italiane, dalla soglia degli 800 W alla presa dedicata, sta nella guida alla normativa del fotovoltaico da balcone.

Cosa resta possibile, e ha senso

Tutto quanto sopra riguarda la connessione alla rete. Fuori da quel perimetro l’autocostruzione è del tutto legittima, e in un caso è anche il progetto migliore che si possa fare.

L’impianto in isola non ha alcun rapporto con il distributore: un pannello, un regolatore di carica, una batteria a 12 V, e un’utenza in continua o un piccolo inverter isolato. Alimentare un cancello, una pompa per l’irrigazione, l’illuminazione di una casetta da giardino o l’impianto di un camper rientra qui. La CEI 0-21 non entra in gioco, perché non c’è nessuna connessione da regolare.

Il pannello didattico è l’altro caso in cui il conto torna, cambiando l’obiettivo. Sei o dodici celle piccole, una lastra di vetro, resina, un telaio in legno o alluminio e un diodo di blocco producono qualche watt sufficiente a caricare una power bank o a far girare una ventola. Costa poche decine di euro, si porta a termine in un pomeriggio, e insegna più di qualsiasi articolo su cosa siano tensione a vuoto, corrente di corto circuito e punto di massima potenza. Da lì i numeri della scheda tecnica di un modulo smettono di essere sigle.

Tre accortezze rendono anche il progetto piccolo più solido:

1. collegamento in serie e non in parallelo per le prime prove, perché sommare tensioni è più semplice che bilanciare correnti;
2. un diodo di blocco verso la batteria, che impedisce alla batteria di scaricarsi attraverso il pannello di notte;
3. un fusibile sul lato batteria dimensionato sulla corrente del pannello, perché in un impianto a 12 V il rischio sta nella corrente di cortocircuito dell’accumulatore, che a bassa tensione resta altissima.

Se l’obiettivo era risparmiare, la strada è un’altra

Vale la pena esplicitarlo, perché molte ricerche sull’autocostruzione partono da lì. Se il motivo è il costo, il risparmio si trova in punti diversi dell’impianto.

Il modulo è il componente meno caro di un kit da balcone. Fra i due o tre moduli, il microinverter, le staffe e i cavi, i pannelli pesano una frazione modesta del totale. Comprimere quella voce a costo di durata, sicurezza e legalità sposta pochissimo sul risultato finale.

Dove il margine esiste davvero è nel montaggio, che entro i limiti di legge si fa in proprio, e nella scelta della taglia giusta, perché un impianto sovradimensionato produce energia che finisce in rete senza compenso. Il percorso passo per passo è nella guida su come installare un fotovoltaico da balcone, e i numeri di resa per orientare la taglia stanno in quanto produce un kit da balcone.

Il verdetto

Costruire un pannello solare in casa è possibile e istruttivo, e non produce un sostituto di un modulo commerciale. Otto delle nove fasi industriali si replicano su un banco da lavoro con pazienza e mano ferma. La nona, la laminazione a 140-150 °C sotto vuoto con reticolazione dell’EVA all’80-90 %, è quella che regala al modulo i venticinque anni di vita, e non ha equivalenti casalinghi: resina e silicone proteggono per qualche stagione, poi cedono dai bordi.

Il conto economico chiude la questione ancora prima. Le sole celle di un modulo da 440 W costano circa 140,00 €, il 70 % del prezzo a cui quello stesso modulo si compra finito, certificato IEC 61215 e 61730 e garantito. E senza quei due certificati nessun installatore firma la dichiarazione di conformità, quindi il pannello non può essere collegato alla rete di casa in nessuna delle procedure previste in Italia.

Resta un campo dove l’autocostruzione ha davvero senso: il piccolo impianto in isola a 12 V e il pannello didattico da qualche watt. Costano poco, non toccano nessuna norma di connessione e insegnano come funziona un modulo meglio di qualsiasi spiegazione. Per capire cosa succede dentro una cella prima di iniziare, il punto di partenza è la guida su come funziona un pannello solare.