Studio comparativo di tecnologie fotovoltaiche differenti in
condizioni realistiche Antonio Stella Relatore: Paolo Gambino
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INTRODUZIONE Progetto Minilab EnergEticaMente in collaborazione
con ENFASI s.c.a.r.l - studio delle prestazioni di un impianto
fotovoltaico in condizioni di lavoro realistiche - confronto tra
diverse tecnologie fotovoltaiche. Minilab Energeticamente Tetto
dellIstituto di Fisica di Torino.
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Confronto tra tecnologie Linee guida e scopi dello studio
Irraggiamento artificiale Laboratorio Valori nominali Irraggiamento
naturale Posizionamento esterno CONDIZIONI REALISTICHE Valori
effettivi Come variano le prestazioni in presenza di
ombreggiamenti? Come cambia lefficienza in funzione di un
irraggiamento variabile? CONDIZIONI STANDARD
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Leffetto fotovoltaico Materiale semiconduttore (silicio)
Elettrone di valenza in banda di conduzione Interazione di un
fotone Drogaggi n e p Creazione di un campo elettrico (giunzione
n-p) Flusso di elettroni = corrente
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Tecnologie fotovoltaiche Monocristallino: unico cristallo
cilindrico di silicio purissimo alta efficienza (16-17%), longevit
alto costo di produzione, grande spreco di materiale, fragilit.
Policristallino: silicio fuso, colato in uno stampo cubico, poi
tagliato efficienza inferiore (15%), fragilit. costi di produzione
inferiori, minori sprechi, longevit SILICIO CRISTALLINO FILM
SOTTILE Sottilissimo strato di materiale semiconduttore depositato
per vaporizzazione su superficie metallica o plastica efficienza
minore, vita pi breve, maggiori costi di installazione meno
materiale usato, costi di produzione inferiori, flessibilit
Micromorfo: Silicio amorfo + silicio microcristallino. Eff. 12-13%
CIS: Giunzione tra CIS drogato-p e ZnO drogato-n. Eff. 11-12%
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Condizioni di laboratorio STC (Standard Testing Conditions)
Irraggiamento 1000 W/mq T modulo = 25C Vento = 0m/s Spettro solare
= AM 1.5 INTRODUZIONE
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Il Minilab Silicio CRISTALLINO Film sottile CIS Film sottile
MICROMORFO 4 moduli (1mono e 3poli) Pnom = 900 Wp Sup = 6,5 mq
Eff.nom = 13,6% 5 modulii Pnom = 375 Wp Sup = 3,6 mq Eff.nom =
10,4% 8 moduli ( 4 e 4 in parallelo) Pnom = 960 Wp Sup = 11,44 mq
Eff.nom = 8,4% INTRODUZIONE
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Studio della risposta dei moduli allombreggiamento Obbiettivi
Procedura sperimentale Studiare come variano le prestazioni di un
singolo modulo (in termini di Isc e Voc) in funzione di un
progressivo ombreggiamento della supeficie del pannello. In
particolare studiare le differenze tra: ombre verticali (nette e
diffuse) ombre orizzontali (nette e diffuse) Misurazione di Isc e
Voc nelle diverse configurazioni di ombreggiamento tramite
multimetro digitale. Normalizzazione dei valori sperimentali
ottenuti da ciascun modulo rispetto ai rispettivi valori nominali.
Confronto dei valori normalizzati tra le diverse tecnologie.
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I moduli Caratteristiche costruttive Studio della risposta dei
moduli allombreggiamento Silicio Cristallino Film sottile CISFilm
sottile Micromorfo
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Silicio cristallino: Isc pressoch costante fino a 2/3 della
sup. ombreggiata. Voc cala di circa il 20% con andamento
quasi-lineare. Film sottile CIS: Isc crolla del 50% per una
copertura del 25% e si azzera per una superficie ombrreggiata del
75%. Voc si mantiene quasi costante fino al 50% di ombra netta.
Film sottile micromorfo: Isc crolla a 0A per ombreggiamento del
30%. Voc cala linearmente del 15-20% per ombre del 70%. Risultati
sperimentali - ombre verticali Studio della risposta dei moduli
allombreggiamento
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Silicio cristallino: ombra su 1/3 del modulo causa lazzeramento
della Isc. La Voc cala circa del 15% per 1/3, e del 25% per 2/3 di
superficie ombreggiata. Film sottile CIS: Isc cala quasi
linearmente con lombreggiamento. Voc si mantiene pressoch costante.
Film sottile micromorfo: Isc diminuisce quasi linearmente con
lombreggiamento Voc pressoch costante. Risultati sperimentali -
ombre orizzontali Studio della risposta dei moduli
allombreggiamento
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Conclusioni Studio della risposta dei moduli allombreggiamento
Moduli in silicio cristallino Caso estremo: - ombra netta: basta
1/3 - 1/2 della superficie coperta per azzerare la Isc. - ombra
diffusa: per quanto riguarda la Isc andamento analogo alle ombre
nette ma valori leggermente superiori (del 5% -10%). In generale i
pannelli risentono delle ombre che interrompono il circuito Moduli
a film sottile (in generale) Ombre ORIZZONTALIOmbre VERTICALI In
generale il calo prestazionale non proporzionale alla superficie
ombreggiata! Caso estremo: - ombra netta: 1/3 della supeficie
ombreggiata causa lazzeramento della Isc e un calo del 10-15% della
Voc. - ombra diffusa: basta1/3 della superficie ombreggiata per
causare un crollo della Isc del 90%! Voc cala del 5% circa.
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Studio dellefficienza al variare dellirraggiamento Obbiettivi
Procedura sperimentale Studiare il discostarsi dellefficienza
effettiva da quella nominale in condizioni di irraggiamento
naturale variabile. Misurazione dellirraggiamento e delle Idc e Vdc
prodotte da unintera stringa di moduli. Calcolo della potenza
prodotta dalla stringa e quindi dellefficienza. Normalizzazione
delle efficienze di ciascuna stringa rispetto al corrispondente
valore nominale e conseguente confronto tra tecnologie.