Analisi della produzione di energia degli impianti pv e cvp della sede di Macchiareddu - Malgorzata...
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REPUBBLICA ITALIANA
Cagliari 13 febbraio 2015
I primi risultati delle attività nel progetto Cluster - sviluppo di sistemi energetici integrati e innovativi
Analisi della produzione di energia
da impianti fotovoltaici
e sviluppo del modello di previsione
di produzione dall’impianto CPV
Malgorzata Gawronska
REPUBBLICA ITALIANA
Analisi della produzione di energia di impianti fotovoltaici
Descrizione della dotazione impiantistica
Attività di modellizzazione della produzione dell’impianto CPV
REPUBBLICA ITALIANA
Impianti di generazione elettrica da FER attualmente installati presso sede di Macchiareddu
Impianto fotovoltaico tradizionale
(FV)
Impianto fotovoltaico a concentrazione
(CPV)
Descrizione della dotazione impiantistica
REPUBBLICA ITALIANA
Impianto fotovoltaico tradizionale (FV)
18,7 kWp
194 m2
REPUBBLICA ITALIANA
Impianto fotovoltaico tradizionale (FV)
FV1 FV 1 FV1 FV 2
FALDA SUD EST
Tipologia modulo P singolo modulo [W]
P [kW]
60 amorfo
86 5,16
24 monocristallino
215 5,16
Potenza totale falda 10,32
FALDA SUD OVEST
Tipologia modulo P singolo modulo [W]
P [kW]
30 amorfo
86 2,58
27 monocristallino
215 5,81
Potenza totale falda 8,39
REPUBBLICA ITALIANA
Impianto fotovoltaico a concentrazione (CPV)
Sistema CPV
Essiccamento ad aria
Controllo inseguitore
Inseguitore biassiale
Moduli CPV
REPUBBLICA ITALIANA
Impianto fotovoltaico a concentrazione (CPV)
Sistema CPV
Essiccamento ad aria
Controllo inseguitore
Inseguitore biassiale
Moduli CPV
Impianto costituito da 90 moduli CPV Ogni modulo CPV costituito da 200 celle Tipologia della cella: a tripla giunzione Sistema di concentrazione: lenti di Fresnel Superficie captante: 28,8 m2
REPUBBLICA ITALIANA
Impianto fotovoltaico a concentrazione (CPV)
Sistema CPV
Essiccamento ad aria
Controllo inseguitore
Inseguitore biassiale
Moduli CPV
Accuratezza di inseguimento:
0,1°
REPUBBLICA ITALIANA
Impianto fotovoltaico a concentrazione (CPV)
Sistema CPV
Essiccamento ad aria
Controllo inseguitore
Inseguitore biassiale
Moduli CPV
Algoritmi di controllo dell’inseguimento:
• basato sulle effemeridi
• basato sui segnali del sensore a 4 quadranti
• basato sull’inseguimento della massima potenza
• algoritmo misto
REPUBBLICA ITALIANA
Impianto fotovoltaico a concentrazione (CPV)
Sistema CPV
Essiccamento ad aria
Controllo inseguitore
Inseguitore biassiale
Moduli CPV
Cicli di funzionamento: attivati da sensore di monitoraggio Flusso di aria calda attivato ogni mattina
REPUBBLICA ITALIANA
Impianto fotovoltaico a concentrazione (CPV)
Potenza nominale: 6,2 kW (per la DNI 850 W/m2)
REPUBBLICA ITALIANA
Campagna di monitoraggio di due impianti
Giornate serene
Tempo [h]
Irra
ggia
men
to [
W/m
2]
Pote
nza
[kW
pro
do
tto /
kW
pic
co]
kWh / kWp kWh / m2
CPV FV CPV FV
6,15 2,74 1,35 0,27
REPUBBLICA ITALIANA
Campagna di monitoraggio di due impianti
Giornate parzialmente nuvolose
Irra
ggia
men
to [
W/m
2]
Pote
nza
[kW
pro
do
tto /
kW
pic
co]
Tempo [h]
kWh / kWp kWh / m2
CPV FV CPV FV
3,69 3,55 0,81 0,34
REPUBBLICA ITALIANA
Campagna di monitoraggio di due impianti
Giornate nuvolose
Tempo [h]
Irra
ggia
men
to [
W/m
2]
Pote
nza
[kW
pro
do
tto /
kW
pic
co]
kWh / kWp kWh / m2
CPV FV CPV FV
-0,06 1,45 -0,01 0,14
REPUBBLICA ITALIANA
Rese giornaliere dell’impianto CPV
Nov
‘13
Mar
‘14
Apr
‘14
Giu
‘14
Lug
‘14
Ago
‘14
Set
‘14
Ott
‘14
Nov
‘14
Dic
‘14
Gen
‘15
REPUBBLICA ITALIANA
Campagna di monitoraggio di due impianti
Produzione dell’impianto CPV
REPUBBLICA ITALIANA
Modellizzazione della produzione della energia elettrica di un sistema CPV
REPUBBLICA ITALIANA
Modellizzazione della produzione della energia elettrica di un sistema CPV
caratterizzazione di un singolo modulo CPV
caratterizzazione sistema CPV
validazione sperimentale del modello
REPUBBLICA ITALIANA
Vista esterna ed interna del modulo CPV
Caratterizzazione di un singolo modulo CPV
condizioni ambientali • irraggiamento • temperatura • spettro della radiazione solare
allineamento tra il piano dei moduli ed il fascio solare
Potenza elettrica prodotta dalle celle a multipla giunzione varia in funzione di
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Akkutrack Sensore a 4 quadranti / Heliotrack Modulo CPV Inseguitore solare
Caratterizzazione di un singolo modulo CPV
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Stazione meteorologica: • sensore della temperatura
ambiente • anemometro • pireliometro
Carico elettronico, per misurare la curva I-V Schede di acquisizione dati della National Instruments
Caratterizzazione di un singolo modulo CPV
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Influenza delle condizioni atmosferiche - temperatura ambiente
Caratterizzazione di un singolo modulo CPV
Aumento della temperatura dentro il modulo
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Caratterizzazione di un singolo modulo CPV
Non si è osservata la correlazione
tra temperatura ambiente
e le prestazioni del modulo
Influenza delle condizioni atmosferiche - temperatura ambiente
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Caratterizzazione di un singolo modulo CPV
Influenza delle condizioni atmosferiche - DNI
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Caratterizzazione ottica
Caratterizzazione di un singolo modulo CPV
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Caratterizzazione sistema CPV
Influenza della DNI
Fig 3.3
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Influenza della DNI
Caratterizzazione sistema CPV
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Influenza dello spettro
Schema della cella a tripla giunzione
Caratterizzazione sistema CPV
Lunghezza d’onda [nm]
Rad
iazio
ne
so
lar
[W/m
2]
Spettro solare
GaInP
GaInAs
Ge
Spettro solare
GaInP
GaInAs
Ge
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Influenza dello spettro
Principali parametri dell’atmosfera che influenzano lo spettro solare:
• Air mass (AM); • Aerosol (AOD); • Vapore acqueo (PWV)
Spettro solare extraterrestre e spettro solare diretto al livello del mare
Caratterizzazione sistema CPV
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Caratterizzazione sistema CPV
Influenza dello spettro – AIR MASS (AM)
Variazione dell’air mass in funzione dell’angolo di zenith
Effetto dell’air mass sullo spettro della radiazione solare
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Influenza dello spettro – AIR MASS (AM)
Valori di AM tra le 6:20 e le 20:20 del 23 giugno 2014 presso la sede di Macchiareddu di Sardegna Ricerche
Caratterizzazione sistema CPV
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Influenza dello spettro – AEROSOL (AOD)
Caratterizzazione sistema CPV
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Influenza dello spettro – VAPORE ACQUEO (PWV)
Caratterizzazione sistema CPV
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Influenza dello spettro
Air mass (AM)
Potenza AC normalizzata del sistema CPV in funzione dell’AM
Vapore acqueo (PWV) Aerosol (AOD)
Caratterizzazione sistema CPV Soitec
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Influenza della temperatura
Aumento di 100 W/m2 dell’irraggiamento solare diretto
Aumento di circa 0,5 [°C] della temperatura della cella
Tcella = Tdietro_modulo + Rth_cella_dietro_modulo * Pth_cella
Tcella = Tdietro_modulo + 0,00536*DNI
Caratterizzazione sistema CPV
• Tdietro_modulo: la temperatura
misurata dietro il modulo [°C];
• Rth_cella_dietro_modulo: la resistenza
termica equivalente tra la cella e la
parte posteriore del modulo
[°C/W];
• Pth_cella: la potenza termica
prodotta dalla singola cella [W]
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Influenza del vento
Potenza AC normalizzata del sistema CPV in funzione della velocità del vento
Effetto positivo : raffreddamento dei moduli Effetto negativo: “effetto vela”
Caratterizzazione sistema CPV Soitec
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Modellizzazione di un sistema fotovoltaico CPV
• DNI • T della cella • Spettro - AM
(per i valori di AM>2) • Errore dell’inseguimento
Le simulazioni svolte nell’ambiente Matlab Considerando intere giornate di produzione del sistema Fornendo in ingresso i dati campionati ogni due minuti
Altri fattori di perdita: • Mismatch tra i moduli CPV • Perdite nell’inverter
fotovoltaico
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Validazione sperimentale del modello
Fonte: ing. Roberto Concas Modellizzazione e Validazione Sperimentale di un Sistema Fotovoltaico ad Alta Concentrazione
REPUBBLICA ITALIANA
Monitoraggio di due impianti fotovoltaici Analisi dell’impatto della unità UPS sulla microrete Ottimizzazione del modello di previsione della produzione dall’impianto CPV Applicazione del modello di previsione della produzione all’impianto FV
REPUBBLICA ITALIANA
Malgorzata Gawronska [email protected] www.sardegnaricerche.it
Grazie per l’attenzione
I primi risultati delle attività nel progetto Cluster relative allo sviluppo di sistemi energetici integrati e innovativi
13 Febbraio 2015 - Macchiareddu