Determinare orientamento e inclinazione del tetto

1Cosa fanno davvero orientamento e inclinazione

Un impianto solare produce elettricità dalla radiazione che colpisce effettivamente la superficie dei moduli. Se la superficie è obliqua rispetto al sole, la stessa radiazione si distribuisce su un'area maggiore e per metro quadrato ne arriva meno. È esattamente ciò che descrivono orientamento e inclinazione: quanto favorevolmente la superficie è rivolta al sole nel corso della giornata e dell'anno.

Come regola pratica lo si può esprimere con un fattore di orientamento; così calcola anche la stima immediata di SolarFinder, prima che siano caricati i valori orari PVGIS per il tuo luogo. Una superficie rivolta esattamente a sud riceve il fattore 1,00 e fa da riferimento. Sud-est e sud-ovest sono a 0,96, est o ovest puro a 0,85. Verso nord il fattore scende a 0,55: lì un impianto conviene solo in casi eccezionali, per esempio quando c'è già un tetto piano e l'inclinazione resta bassa.

Tradotto in denaro: chi costruisce a sud-ovest invece che a sud perde, con un impianto da 4 kWp e un prezzo dell'elettricità di 35 centesimi, circa 50-60 euro all'anno. È percepibile, ma non è un motivo per scartare un tetto. Passando invece da sud a est si perde circa il 15 per cento, sullo stesso impianto circa 200 euro all'anno.

L'inclinazione agisce nello stesso ordine di grandezza, ma con una particolarità importante: la sua curva è molto piatta in alto. Tra 25 e 55 gradi tutti i valori superano il 97 per cento dell'ottimo. Non serve quindi conoscere l'inclinazione al grado, a differenza dell'orientamento, dove uno scostamento di 30 gradi si fa già sentire.

2Azimut: il linguaggio dell'orientamento

Calcolatori e professionisti non indicano l'orientamento come «sud» ma come azimut, un angolo in gradi misurato in senso orario a partire dal nord. Il nord è 0 gradi, l'est 90, il sud 180 e l'ovest 270. Un tetto rivolto a sud-ovest ha quindi un azimut di 225 gradi.

Purtroppo esiste una seconda convenzione in cui il sud vale zero e gli scostamenti verso est sono negativi, verso ovest positivi. Lì un tetto a sud-ovest avrebbe +45 gradi. Entrambe le convenzioni sono diffuse; quale si intende è di solito indicato in piccolo accanto al campo di inserimento. SolarFinder usa la prima variante con il nord a zero, la stessa che mostra la bussola del telefono.

Conta il riferimento: si intende sempre la direzione verso cui è rivolta la superficie dei moduli, cioè la direzione in cui scende la falda. Non la direzione del colmo, non il lato della strada. Su un tetto a due falde con il colmo est-ovest, una metà ha azimut 90 e l'altra 270.

Un secondo tranello è la differenza tra nord geografico e nord magnetico. La bussola punta al polo magnetico, che non coincide con il nord della mappa. In Europa centrale questa declinazione è oggi di circa 3-5 gradi: trascurabile per il calcolo della resa, ma utile da sapere quando due strumenti mostrano numeri leggermente diversi.

3Trovare l'orientamento del tetto senza strumenti

Il modo più rapido è un'immagine satellitare. Apri un servizio di mappe, cerca la tua casa e ruota la mappa in modo che il nord sia in alto, come da impostazione predefinita. Ora vedi il colmo del tetto come una linea. Le superfici dei moduli sono perpendicolari a essa.

Traccia mentalmente una linea dal colmo verso il basso, ad angolo retto rispetto al colmo, nella direzione della falda che ti interessa. L'angolo di questa linea rispetto alla verticale dell'immagine è il tuo azimut: se punta verso il basso dell'immagine sono 180 gradi, quindi sud; se punta a destra sono 90 gradi, quindi est.

Il metodo è sorprendentemente preciso, circa 5 gradi, se l'immagine satellitare è nitida e il tetto ha bordi chiari. Non funziona con tetti complessi, con abbaini e quando gli alberi nascondono i bordi del tetto.

Il secondo metodo senza tecnologia usa il sole. Al mezzogiorno solare vero il sole si trova esattamente a sud. In Europa centrale ciò avviene tra le 12:10 e le 13:40 a seconda della longitudine e della stagione; l'ora legale lo sposta di un'ora. In quel momento mettiti in modo che la tua ombra cada esattamente dietro di te: allora guardi verso sud. Confronta questa direzione con quella della falda.

Entrambe le strade danno una buona approssimazione. Se vuoi più precisione o hai un tetto complesso, misura direttamente sull'edificio: è il passo successivo.

4Misurare con lo smartphone: bussola e calibrazione

Ogni smartphone moderno ha un magnetometro che alimenta la bussola. Con esso puoi rilevare l'orientamento direttamente sul tetto o dal basso, alla gronda: tieni il dispositivo piatto, punta il bordo superiore ad angolo retto rispetto al colmo nella direzione della falda e leggi l'azimut.

Il problema è la precisione. I magnetometri reagiscono a tutto ciò che crea o distorce un campo magnetico: grondaie metalliche, lattonerie, strutture di montaggio fotovoltaiche, automobili, gli altoparlanti del dispositivo stesso. Due metri di distanza da parti metalliche più grandi possono cambiare la lettura di dieci gradi.

Per questo ogni misura dovrebbe essere preceduta da una calibrazione. Sulla maggior parte dei dispositivi si muove il telefono nell'aria disegnando un otto per qualche secondo, finché la lettura si stabilizza. Poi ripeti la misura almeno una volta in un altro punto. Se i due valori differiscono di più di cinque gradi, c'è del metallo di mezzo.

Alcuni dispositivi non forniscono affatto un nord assoluto, ma solo la rotazione relativa. Allora aiuta un punto di riferimento: punta il dispositivo verso una direzione che conosci con certezza, per esempio il sud ricavato con il metodo del mezzogiorno o una strada di cui hai preso l'andamento dalla mappa, e imposta quel valore come riferimento. SolarFinder offre a questo scopo tutti e quattro i punti cardinali, così puoi scegliere quello più facile da determinare sul posto.

5Misurare l'angolo di inclinazione

L'inclinazione è l'angolo della falda rispetto all'orizzontale. Un tetto piano ha 0 gradi, una facciata verticale 90 gradi, un tipico tetto a due falde dell'Europa centrale tra 35 e 45 gradi.

Con lo smartphone è la cosa più semplice: il sensore di inclinazione di ogni smartphone misura la pendenza rispetto alla gravità. Appoggia il dispositivo piatto sulla falda oppure, se non puoi salire sul tetto, su una superficie parallela, per esempio un'asse appoggiata al bordo del tetto. L'angolo mostrato è la pendenza del tetto.

Senza sensore basta la matematica della scuola. Misura su un travetto o sul muro del timpano una distanza orizzontale di un metro e il relativo dislivello. L'angolo di inclinazione è l'arcotangente dell'altezza divisa per la lunghezza. 100 centimetri in orizzontale e 84 in verticale danno circa 40 gradi. Per uso domestico basta una regola pratica: 50 centimetri di salita per metro sono circa 27 gradi, 80 centimetri circa 39, un metro esattamente 45.

E se nient'altro funziona: la maggior parte dei documenti edilizi riporta direttamente la pendenza del tetto. Anche lattonieri e carpentieri te la sanno dire, perché dipende dalla copertura: le tegole piane richiedono almeno 30 gradi, le tegole in cemento circa 22, la lamiera si accontenta di 10.

6L'inclinazione ottimale nel tuo luogo

Non esiste un angolo di inclinazione ottimale universale: dipende dalla latitudine. Più si va a nord, più il sole è basso in media annua e più la superficie dovrebbe essere ripida.

SolarFinder usa per questo un'approssimazione semplice e ben documentata: il valore assoluto della latitudine per 0,76, più 3 gradi, limitato a un intervallo tra 10 e 45 gradi. Per Berlino a 52,5 gradi nord risultano circa 43 gradi, per Monaco di Baviera a 48,1 gradi circa 40, per Amburgo a 53,6 gradi circa 44. Chi vive in Germania, Austria o Svizzera con 40 gradi non sbaglia mai di molto.

Conta quanto è piatta questa curva. A 42 gradi il fattore è 1,00. A 30 gradi è 0,99, a 60 gradi 0,96. Anche un tetto piano del tutto orizzontale raggiunge ancora 0,86; solo la facciata verticale cala nettamente, a 0,70.

In pratica significa: su un tetto a falde l'inclinazione è data, ed è quasi sempre abbastanza buona. La questione dell'angolo ottimale si pone seriamente solo su tetti piani e impianti a terra, dove l'angolo di montaggio si può scegliere liberamente. E lì spesso non vince l'ottimo calcolato ma un angolo più basso: meno inclinazione significa meno ombra tra le file di moduli e quindi più moduli sulla stessa superficie.

Un secondo motivo per angoli più bassi è l'andamento annuale. Una superficie ripida sposta la resa verso l'inverno, perché cattura meglio il sole basso. Sembra interessante, ma aiuta poco se a dicembre cade comunque solo il 2,2 per cento della resa annua, contro il 13,5 per cento di giugno.

7Quando il sud non è possibile: est-ovest e la curva giornaliera

Un tetto est-ovest sembra l'affare peggiore: 85 invece di 100 per cento. Per il totale annuo è vero. Per ciò che finisce sulla bolletta, spesso no.

Il motivo è la curva giornaliera. Un impianto rivolto a sud produce molta elettricità in un picco stretto intorno a mezzogiorno, proprio quando in una famiglia tipica non c'è nessuno in casa. L'eccedenza va in rete ed è pagata alla tariffa di immissione, ben al di sotto del prezzo di acquisto. Un impianto est-ovest distribuisce la stessa energia su due picchi più piatti: uno al mattino, uno nel tardo pomeriggio. Questo corrisponde molto meglio al consumo di chi fa colazione al mattino e cucina la sera.

Di conseguenza cambia la quota di autoconsumo. Un impianto a sud senza batteria arriva, a seconda della famiglia, al 25-30 per cento di autoconsumo, un impianto est-ovest al 30-40. Con una differenza tra prezzo di acquisto e tariffa di immissione di circa 27 centesimi, questo effetto può compensare in tutto o in parte il 15 per cento di resa in meno.

C'è anche un vantaggio pratico: su un tetto est-ovest si possono usare entrambe le metà. Dove un tetto a sud porta 20 moduli, est e ovest insieme ne portano 40. La resa minore per modulo è compensata da più moduli, purché l'inverter sia dimensionato di conseguenza e il budget lo permetta.

La decisione dipende quindi da cosa vuoi. La massima resa annua per modulo parla per il sud. La maggior quantità possibile di elettricità autoconsumata e una curva di produzione più uniforme parlano per est-ovest.

8L'ombreggiamento batte qualsiasi ottimizzazione degli angoli

Tutto ciò che si è detto finora vale per una superficie libera. Appena entra in gioco un'ombra, gli ordini di grandezza cambiano drasticamente, e verso il basso.

Il motivo sta nel cablaggio. I moduli sono collegati in serie in stringhe, e una stringa fornisce solo la corrente che lascia passare il suo anello più debole. Un solo modulo in ombra può quindi strozzare l'intera stringa. I moduli moderni limitano l'effetto a porzioni con diodi di bypass, e ottimizzatori di potenza o microinverter lo risolvono in gran parte, ma nessuna delle due cose è gratuita.

Quindi, prima di qualsiasi questione di angoli, verifica: cosa c'è a sud, sud-est e sud-ovest del tetto? Gli alberi crescono, e un albero del vicino oggi innocuo può colpire tra dieci anni la fila inferiore di moduli. Camini, antenne, abbaini, parabole ed edifici vicini appartengono alla stessa lista.

Particolarmente insidiosa è la stagione. Un'ombra che a giugno sfiora appena il tetto a ottobre ci cade sopra in pieno, perché il sole è allora circa 20 gradi più basso. Chi controlla l'ombreggiamento dovrebbe farlo per l'inverno, non per piena estate.

Se una parte della superficie è inevitabilmente in ombra, la risposta migliore di solito è lasciarla libera piuttosto che salvarla con la tecnica. Un modulo che produce solo per metà del tempo raramente ripaga il suo costo.

9Inserire i valori nel calcolatore

Ora hai due numeri: un azimut in gradi e un'inclinazione in gradi. In SolarFinder li inserisci direttamente nei cursori «Orientamento del tetto» e «Angolo di inclinazione». Se non vuoi misurare a mano, apri l'app sullo smartphone e lascia che bussola e sensore di inclinazione rilevino entrambi i valori in una sola volta.

Il calcolatore mostra subito una stima: la radiazione alla tua latitudine moltiplicata per il fattore di orientamento, il fattore di inclinazione e un performance ratio di 0,82. Questo 0,82 raccoglie tutto ciò che si perde tra la superficie dei moduli e il contatore: perdite nei cavi, rendimento dell'inverter, temperatura, sporcizia, invecchiamento. Uno o due secondi dopo carica i valori orari PVGIS per il tuo luogo ed esattamente questo orientamento e simula l'anno ora per ora; da quel momento viene mostrato il valore PVGIS. Senza connessione a PVGIS resta la stima.

Come riferimento, sempre con esposizione a sud e 35 gradi di inclinazione, nella media PVGIS 2005-2020: Vienna arriva a circa 1.121 chilowattora per chilowatt di picco all'anno, Monaco di Baviera a 1.065, Berlino a 1.007, Colonia a 987, Amburgo a 928. La differenza tra Amburgo e Monaco di Baviera è quindi di circa il 15 per cento, più della differenza tra esposizione a sud e a sud-ovest.

Moltiplicato per la potenza dell'impianto dà la resa annua. Un impianto da 4 kWp a Berlino su un tetto esposto a sud-ovest con 40 gradi di inclinazione arriva così a circa 3.860 chilowattora all'anno.

10Errori frequenti

Confondere la direzione del colmo con l'orientamento. Si intende sempre la direzione verso cui è rivolta la superficie; con un colmo nord-sud le falde guardano a est e a ovest, non a nord e a sud.

Misurare sul campo moduli già montato. Struttura di montaggio e inverter distorcono la bussola. Misura prima, oppure a distanza.

Voler essere troppo precisi con l'inclinazione. Tra 25 e 55 gradi la curva è così piatta che la precisione di misura non conta. Il tempo è speso meglio nel controllo dell'ombreggiamento.

Trascurare l'ombra invernale. Chi controlla a luglio controlla la situazione più favorevole dell'anno.

Scartare a priori l'est-ovest. La resa annua minore dice poco su quanta elettricità viene alla fine autoconsumata, ed è solo quella che fa risparmiare l'intero prezzo di acquisto.

Adottare l'ottimo calcolato sui tetti piani. Un montaggio ripido costa superficie, perché altrimenti le file si fanno ombra a vicenda. In pratica vincono 15-25 gradi, anche se sulla carta 40 sarebbero meglio.