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In un progetto fotovoltaico a terra, la discussione ingegneristica visibile tende a concentrarsi sulla struttura di sostegno: angolo di inclinazione, disposizione dei moduli, distanza tra le file, qualità dell'acciaio. Le fondazioni ricevono meno attenzione nelle riunioni e maggiore attenzione sul campo. Questo rapporto è invertito. La scelta delle fondazioni per un impianto fotovoltaico a terra determina se l'impianto può essere realizzato nei tempi previsti, se la struttura mantiene la propria geometria per venticinque anni e quale percentuale del budget complessivo viene destinata ai lavori civili. È inoltre la parte del progetto più difficile da modificare successivamente, poiché una fondazione che non soddisfa i requisiti non può semplicemente essere riprogettata in fase di collaudo. 
Il motivo per cui le fondazioni resistono alla standardizzazione è che il terreno rappresenta la variabile. Due siti posti a breve distanza l’uno dall’altro possono presentare profili di suolo, livelli della falda freatica e capacità portanti completamente diversi; ecco perché lo stesso prodotto di supporto può essere installato su pali infissi in un progetto e su una platea di calcestruzzo in un altro. La scelta della fondazione è quindi determinata, in quest’ordine, dai dati geotecniche, dai carichi strutturali, dall’ambiente corrosivo e dalla normativa locale; il ruolo del fornitore di sistemi di supporto consiste nel progettare la struttura in modo da adattarla alla fondazione, anziché prescrivere la fondazione in isolamento. Le sezioni seguenti confrontano le tre famiglie principali e individuano i controlli da eseguire prima di impegnarsi, in un programma, su qualsiasi opzione per fondazioni di pannelli solari a terra.
Un palo infisso o pressato staticamente viene installato spostando o comprimendo lateralmente il terreno anziché scavandolo, rendendo così l’operazione rapida, pulita e in gran parte indipendente dalle condizioni meteorologiche. La capacità portante deriva da una combinazione di attrito laterale lungo il fusto e resistenza alla punta, pertanto dipende fortemente dal tipo e dalla densità del terreno. Nei terreni granulari il processo di installazione può aumentare la densità locale e migliorare le prestazioni; nei terreni coesivi morbidi il palo si basa principalmente sull’attrito laterale e potrebbe richiedere una maggiore profondità. I pali sono adatti a terreni aperti con accesso ragionevole e lasciano un’impronta superficiale ridotta, il che li rende molto diffusi negli impianti fotovoltaici su larga scala, dove sono necessari centinaia o migliaia di supporti. A tale scala, i pali infissi sono generalmente la soluzione più economica per le fondazioni di pannelli solari a terra, poiché il costo di installazione è ripartito su un numero molto elevato di posizioni.
Una vite di ancoraggio al suolo è essenzialmente un albero d’acciaio dotato di una lamina elicoidale che viene fatta ruotare nel terreno, sviluppando capacità grazie al contatto della lamina con il suolo e all’attrito lungo l’albero. L’installazione non richiede scavi né calcestruzzo, e il collegamento alla struttura sovrastante avviene di solito mediante una semplice flangia o una staffa. Le viti di ancoraggio al suolo sono particolarmente adatte a progetti modulari e a fasi successive, poiché possono essere installate e caricate rapidamente e si prestano a siti in cui la consegna del calcestruzzo risulterebbe difficoltosa. I loro limiti sono altrettanto evidenti: ghiaie compatte, rocce affioranti e terreni contenenti grandi ostacoli possono impedire l’installazione o ridurne la capacità; inoltre, in terreni aggressivi, l’albero e la lamina richiedono una strategia di protezione contro la corrosione adeguata alla vita utile prevista.
Le fondazioni in calcestruzzo comprendono una vasta gamma di soluzioni, dai plinti e dai cordoli gettati in opera ai blocchi prefabbricati utilizzati come zavorra. Sono pesanti, tollerano condizioni di appoggio difficili se progettate correttamente e sono familiari agli appaltatori locali nella maggior parte dei mercati. Una piastra in calcestruzzo consente di distribuire il carico su un’ampia superficie, soluzione utile quando la pressione ammissibile del terreno è il fattore determinante; la zavorra, invece, offre un’alternativa costruttiva laddove scavi o infissione nel terreno siano limitati. I compromessi riguardano tempi e logistica: il calcestruzzo richiede casseforme, armature, maturazione e spesso acqua, tutti fattori dipendenti dalle condizioni meteorologiche e dall’accessibilità del cantiere; inoltre, aggiunge un notevole peso da trasportare al progetto. Anche la zavorra deve essere verificata rispetto al sollevamento (uplift), poiché la sua capacità deriva dalla massa piuttosto che dall’ancoraggio al terreno.
Fondazione e struttura devono essere progettate come un unico sistema. Il supporto si collega al palo, alla vite o al basamento attraverso un'interfaccia definita, e la struttura deve tenere conto della tolleranza della fondazione nonché della sua rigidità. I prodotti di sistemi di montaggio a terra per pannelli solari super Solar sono sviluppati con l’interfaccia della fondazione integrata nel processo di progettazione, e la configurazione dei pali a forma di U e di C descritta nella famiglia di prodotti per fondazioni su pali illustra come una singola colonna di supporto con componenti pre-tagliati e pre-forati possa ridurre sia il numero di fissaggi sia il tempo di montaggio, una volta completata la fondazione.
La progettazione delle fondazioni inizia con sondaggi a carotaggio o scavi di prova sufficienti a caratterizzare il sito, non con un singolo campione prelevato al cancello d'ingresso. La classificazione del terreno, la densità relativa, il contenuto di umidità, la plasticità e la presenza di materiale di riporto influenzano tutti la capacità realizzabile; il materiale di riporto o il terreno precedentemente lavorato richiedono un’attenzione particolare, poiché il loro comportamento è imprevedibile. Nei siti di grandi dimensioni, l’indagine deve essere distribuita sull’intera area e mirata alle posizioni dei supporti più sollecitati dell’impianto, comprese le file perimetrali, dove il sollevamento dovuto al vento è massimo. Omettere tale distribuzione per ridurre i costi dell’indagine è un’economia illusoria, poiché le fondazioni per pannelli solari su terreno devono risultare adeguate nella posizione più debole del sito, non in quella media.
Due condizioni modificano in modo particolarmente marcato il progetto. La presenza di roccia superficiale o di uno strato compatto provoca il rifiuto durante la battitura delle palancole o l’installazione delle viti elicoidali, il che può bloccare interamente un programma qualora non sia stata prevista. La falda freatica limita gli scavi, complica i lavori in calcestruzzo e può richiedere il pompaggio dell’acqua. Entrambe le condizioni devono essere identificate nella fase di indagine e quantificate, inclusi la profondità alla quale si è verificato il rifiuto nelle installazioni sperimentali e il livello massimo stagionale della falda freatica, anziché il livello osservato durante una singola visita. Registrare la stagione e il metodo utilizzato per misurare la falda freatica rende i dati utilizzabili, poiché un livello rilevato in un mese asciutto non corrisponde al livello che un progetto di fondazione dovrebbe assumere.
Le fondazioni a terra sono in parte interrate, il che le espone a un ambiente corrosivo più severo rispetto alla struttura sopraelevata. La resistività del suolo, il pH, i cloruri, i solfati e le correnti vaganti influenzano tutti la velocità con cui un elemento in acciaio si degrada; normalmente, il requisito viene espresso come tolleranza di spessore, sistema di rivestimento o sostituzione del materiale, scelto in funzione della vita utile prevista. Poiché la porzione interrata non può essere ispezionata né sottoposta a manutenzione, la tolleranza per la corrosione deve essere calcolata correttamente fin dall’inizio. Nei siti costieri e salini, questo fattore influenza spesso la scelta del materiale tanto quanto i carichi strutturali.
L'accessibilità determina quali attrezzature per l'installazione possono raggiungere il cantiere e con quale rapidità i lavori possono procedere. Una macchina per la posa di pali richiede un percorso di accesso e una piattaforma di lavoro; una macchina per viti elicoidali ha esigenze inferiori; il calcestruzzo necessita di un percorso di consegna che rimanga praticabile anche in condizioni di maltempo. I vincoli stagionali influenzano quindi il cronoprogramma: un cantiere accessibile nella stagione asciutta potrebbe risultare inaccessibile in quella piovosa, e ciò può modificare in misura significativa il confronto economico tra diverse tipologie di fondazioni. Quando l’accesso è stagionale, vale la pena verificare che l’area di stoccaggio in loco possa contenere tutti i materiali necessari per un’intera stagione lavorativa, poiché una consegna interrotta comporta inevitabilmente un arresto del programma di realizzazione delle fondazioni.
Il sollevamento causato dal vento governa tipicamente gli impianti a terra, in particolare le file perimetrali e le estremità delle file, agendo per strappare le fondazioni dal terreno. La compressione è il fattore dominante dove si accumula la neve o dove la struttura è pesante. Il carico laterale deriva dalla pressione del vento sull’impianto e dalla geometria di inclinazione, ed è spesso il meno considerato dei tre. La capacità della fondazione deve essere verificata contemporaneamente rispetto a tutti e tre i fenomeni, poiché una fondazione adeguata alla compressione potrebbe comunque cedere per sollevamento o subire spostamento laterale.
Poiché la capacità teorica del terreno comporta un certo grado di incertezza, molti progetti la verificano mediante prove sperimentali. Una prova di estrazione misura la resistenza all’estrazione di un palo o di una vite effettivamente installati, mentre una prova laterale misura la resistenza al movimento orizzontale. Eseguire tali prove su un campione rappresentativo, utilizzando lo stesso metodo e la stessa profondità di installazione previsti per la produzione, fornisce una base oggettiva e difendibile per la progettazione e può consentire un’ottimizzazione che l’analisi teorica da sola non potrebbe giustificare. I risultati delle prove devono essere registrati indicando la loro ubicazione, i dati relativi all’installazione e la descrizione del terreno, in modo da poterli ricollegare alle ipotesi assunte in fase di progettazione.
La progettazione delle fondazioni deve rispettare il codice edilizio locale vigente e qualsiasi requisito specifico del progetto imposto dal proprietario, dall’istituto di credito o dall’assicuratore. L’insieme della documentazione comprende normalmente la relazione geotecnica, i calcoli di progettazione delle fondazioni, i risultati dei test, ove disponibili, la progettazione strutturale del sistema di supporto (racking) e i disegni che illustrano l’interfaccia tra le due componenti. Qualora un codice prescriva un determinato coefficiente di sicurezza o una specifica combinazione di carichi, tale requisito deve essere esplicitato nella base di progettazione, affinché il fornitore possa conformarvisi fin dalle fasi iniziali e non a posteriori.
Infine, fondazione e struttura di supporto devono essere verificate congiuntamente per la rigidità, poiché una fondazione strutturalmente adeguata potrebbe comunque consentire movimenti sufficienti a influenzare l’allineamento dei moduli o a causare fatica nei collegamenti nel tempo. Ciò è particolarmente rilevante su file lunghe e sulle strutture tracker, dove i piccoli movimenti si accumulano. Verificare la rigidità dell’interfaccia nella fase di progettazione è molto meno costoso che scoprirne l’insufficienza durante la messa in servizio. Nelle strutture tracker l’interfaccia diventa nuovamente più sensibile, poiché l’architettura di azionamento e controllo presuppone un supporto capace di mantenere la propria posizione entro una tolleranza definita per decenni.
I confronti sui costi delle fondazioni hanno senso soltanto in termini di costo totale installato. Il costo del materiale per unità rappresenta soltanto un elemento; il confronto deve includere attrezzature e personale per l’installazione, preparazione del sito, fornitura e maturazione del calcestruzzo, rimozione dei materiali di scavo, ripristino del sito, fermo lavori dovuto alle condizioni meteorologiche e l’impatto di ciascuna opzione sul cronoprogramma complessivo. Una fondazione con un prezzo unitario più elevato potrebbe risultare meno costosa nel complesso se viene installata più rapidamente e consente una messa in servizio anticipata dell’impianto; viceversa, ciò vale altrettanto per siti di piccole dimensioni o con vincoli spaziali. Quando due opzioni differiscono principalmente per il cronoprogramma, la data anticipata di messa in servizio può essere quantificata direttamente in termini di energia aggiuntiva generata, anziché considerata un beneficio indiretto.
Le fondazioni realizzate con pali infissi a percussione o a vite sono relativamente insensibili alle condizioni meteorologiche e possono proseguire anche in condizioni fredde, quando non è possibile posare il calcestruzzo. I lavori in calcestruzzo, al contrario, sono sensibili alla temperatura, alle precipitazioni e ai tempi di maturazione, e richiedono generalmente un tempo maggiore di avvio. Nei progetti con una data di completamento fissa, la sensibilità alle condizioni meteorologiche può superare una modesta differenza nel costo unitario ed è opportuno quantificarla come rischio per il cronoprogramma, anziché assorbirla silenziosamente. Registrare le ipotesi meteorologiche accanto al confronto dei costi rende tale rischio visibile al team di progetto, invece di lasciarlo celato nella quota di contingenza dell’appaltatore.
Procedere con le decisioni nell’ordine indicato. Definire il profilo geotecnico, le profondità di rifiuto e le condizioni della falda freatica. Stabilire i carichi di vento, neve e laterali di progetto secondo il codice applicabile. Confermare l’accessibilità al cantiere e i vincoli stagionali. Quindi confrontare le fondazioni in base al costo totale di installazione e al rischio per il cronoprogramma; verificare l’opzione scelta mediante prove laddove l’incertezza sia significativa; infine definire l’interfaccia di fissaggio dei pannelli. Invertire tale ordine produce progetti teoricamente eleganti ma praticamente non realizzabili. Documentare tale sequenza nel file di progetto è ciò che consente di riesaminare in seguito la scelta delle fondazioni, quando il sito avrà un aspetto diverso rispetto a quello osservato in fase di offerta.
Solo quando le condizioni geotecniche e i carichi di progetto sono effettivamente confrontabili. La capacità della fondazione dipende dal profilo del terreno, dalla profondità di rifiuto, dal livello della falda freatica e dall’ambiente corrosivo, ed è inoltre funzione dei carichi dovuti al vento e alla neve sul sito. Un progetto collaudato su un determinato cantiere costituisce un utile punto di partenza, ma non può sostituire i dati specifici del sito. L’approccio efficiente consiste nello standardizzare l’interfaccia e il metodo di installazione, calcolando però nuovamente la capacità per ogni singolo sito: ciò consente di mantenere comuni struttura e componenti, senza ipotizzare che il terreno sia identico ovunque. Questa disciplina permette al fornitore di riutilizzare la propria gamma di fondazioni per pannelli solari a terra su diversi progetti, pur mantenendo un progetto specifico per ogni sito.
Le viti di ancoraggio al suolo sono generalmente preferibili quando l’accesso è limitato, quando il progetto è modulare o realizzato per fasi, quando la consegna del calcestruzzo è impraticabile o quando è necessario limitare rumore e vibrazioni durante l’installazione. Sono adatte a siti con terreni ragionevolmente omogenei e penetrabili, privi di ostacoli superficiali. I pali infissi o pressati diventano più vantaggiosi per grandi impianti su scala industriale, dove conta un’elevata velocità di posa, dove i terreni sono densi ma comunque penetrabili e dove il progetto della struttura di supporto prevede deformazioni dei pali tipiche dell’infissione. I fattori determinanti sono solitamente il profilo del terreno e la velocità di installazione richiesta.
Test sufficienti per ridurre l'incertezza di progetto al di sotto del margine già previsto nel design. Un singolo test di estrazione e un singolo test laterale, ben documentati e condotti in una posizione rappresentativa, installati con il metodo e alla profondità previsti per la produzione, sono molto più utili di diversi test eseguiti con apparecchiature diverse o a profondità diverse. Nei siti eterogenei, distribuire i test nelle diverse zone di terreno identificate durante l’indagine. Registrare la coppia di installazione o la resistenza alla battitura insieme al risultato del test, poiché tali dati consentono di interpretare successivamente i registri di installazione in produzione.
Il fornitore necessita del riassunto geotecnico, comprensivo della classificazione del suolo, della profondità di rifiuto e del livello della falda freatica, dei carichi di vento e neve di progetto con la norma di riferimento, dell’ambiente corrosivo e della durata di servizio richiesta, del tipo di fondazione e del dettaglio dell’interfaccia a livello superiore, delle condizioni di accesso al sito e del metodo di installazione previsto. Con tali informazioni, il progetto del sistema di supporto può essere adeguato alla fondazione anziché essere sviluppato in isolamento, e le tolleranze d’interfaccia possono essere concordate prima dell’avvio della fabbricazione.
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