Impianti fotovoltaici: Verifiche di Efficienza e Funzionalità · nuova costruzione). Secondo. Lo...

Impianti FV – Verifiche di Efficienza e funzionalità

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Impianti fotovoltaici:

Verifiche di Efficienza e Funzionalità


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Fotovoltaico 2015 - Opportunità

Primo. Le detrazioni fiscali 50% sull’Irpef, prorogate a tutto il 2015, che

dimezzano i costi di realizzazione dell’impianto fotovoltaico (non per edifici di

nuova costruzione).

Secondo. Lo scambio sul posto (max 500kW), cumulabile con le detrazioni fiscali,

ma non con il “ritiro dedicato”. Il meccanismo conviene per chi è allacciato in

immissione e prelievo sulla rete elettrica di Enel Distribuzione.

Terzo. Il “ritiro dedicato” (RID), cumulabile con le detrazioni fiscali, ma alternativo

allo scambio sul posto. Il ritiro dedicato oggi non conviene quasi più perchè i

prezzi minimi garantiti si sono abbassati talmente tanto che non garantiscono più

un rientro certo dall’investimento.

Quarto. I SEU, Sistemi efficienti di Utenza.

I SEU sono dei sistemi che permettono ad un produttore di energia da fonti

rinnovabili di vendere direttamente l’energia prodotta ad un utente finale che si

trova nello stesso luogo.


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Normativa vigente

Gli impianti fotovoltaici devono essere realizzati con componenti che assicurino

l'osservanza delle prestazioni descritte nella Guida CEI 82-25.

Gli impianti elettrici e fotovoltaici e la relativa progettazione, devono rispettare, ove di

pertinenza, le prescrizioni contenute nelle norme tecniche di seguito richiamate:

CEI EN 61724 (CEI 82-15): Rilievo delle prestazioni dei sistemi fotovoltaici - Linee

guida per la misura, lo scambio e l'analisi dei dati;

EN 62446 (CEI 82-38): Grid connected photovoltaic systems - Minimum

requirements for system documentation, commissioning tests and inspection;

CEI 64-8: Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in

corrente alternata e a 1500 V in corrente continua;


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Descrizione verifica Tecnico funzionale CEI

82-25

EN

62446

CEI

64-8

Verifica della polarità ● ●

Verifica della tensione a vuoto delle stringhe ● ●

Verifica della corrente di corto circuito delle stringhe ● ●

Verifica della corrente di lavoro delle stringhe ● ●

Verifica della messa a Terra di masse e scaricatori ● ● ●

Verifica dell’isolamento dei circuiti elettrici dalle masse ● ● ●

Verifica funzionale ● ● ●

Verifica delle prestazioni (efficienza) dell’impianto ●


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La tensione a circuito aperto di ogni stringa FV viene misurata

mediante uno strumento di misura idoneo.

Nel caso di impianti con più stringhe identiche e in condizioni di

irraggiamento stabile, possono essere confrontate le tensioni tra le

stringhe.

I valori ottenuti dovrebbero essere «quasi» uguali (un valore tipico

dichiarato dal costruttore è pari al 5% per condizioni di irraggiamento

stabile).

Verifica della Tensione a vuoto

Guida CEI 82-25 – IEC EN 62446


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Nel caso di irraggiamento non stabile, la norma indica che si può

procedere in uno dei seguenti modi:

la verifica viene rimandata; ( economicamente poco conveniente)

la verifica viene effettuata utilizzando più voltmetri con analoghe

caratteristiche, mantenendo un voltmetro su una stringa di

riferimento; ( occorrono più persone per fare un lavoro

«semplice» economicamente poco conveniente)

effettuare la misura dell’irraggiamento solare sul piano dei moduli,

con la quale effettuare la correzione delle letture. ( corretto)



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Verifica della Tensione a vuoto La Guida CEI 82-25 indica anche un modo più pratico rispetto a quanto

indicato dalla IEC EN 62446, ovvero valutare la differenza fra le tensioni a

vuoto delle stringhe DVOC in relazione alla tensione a vuoto del modulo

utilizzato nell’impianto (VOC MOD)

ovvero il massimo scostamento fra le tensioni di due stringhe è pari alla

tensione di mezzo modulo.

NOTA: Il confronto dei valori misurati con quelli attesi è inteso come un

controllo della corretta installazione, non come una misura delle

prestazioni del modulo o del generatore fotovoltaico. La valutazione di tali

prestazioni è al di fuori dello scopo delle verifiche previste dalla IEC EN

62446.


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Verifica della Corrente di corto circuito

La corrente di corto circuito di ogni stringa FV deve essere misurata con

idonea apparecchiatura in quanto la realizzazione/interruzione delle

correnti di corto circuito della stringa è potenzialmente pericolosa.

Il corto circuito sulla stringa in prova può essere ottenuto mediante:

un cavo di corto circuito temporaneo connesso a un dispositivo di

interruzione/sezionamento sotto carico già presenti nel circuito della

stringa;

un dispositivo in grado di effettuare il corto circuito della stringa,

temporaneamente introdotto nel circuito di prova.

In ogni caso, il dispositivo o il cavo di corto circuito deve essere

dimensionato per un valore superiore alla tensione a vuoto e alla corrente

di corto circuito della stringa in esame.



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I valori misurati devono essere confrontati con i valori attesi.


irraggiamento stabile, possono essere confrontate le correnti tra le

stringhe.



stabile).



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Verifica della Corrente di corto circuito Nel caso di irraggiamento non stabile, la norma indica che si può

procedere in uno dei seguenti modi:


la verifica viene effettuata utilizzando più amperometri con analoghe

caratteristiche mantenendo un amperometro su una stringa di

riferimento; ( occorrono più persone per fare un lavoro «semplice»

economicamente poco conveniente)

la verifica viene effettuata misurando le correnti di stringa e

correggendoli con i valori misurati di irraggiamento solare sul piano del

moduli ( corretto)

NOTA: Il confronto dei valori misurati con quelli attesi è inteso come un

controllo della corretta installazione, non come una misura delle

prestazioni del modulo o del generatore fotovoltaico. La valutazione di tali

prestazioni è al di fuori dello scopo delle verifiche previste dalla IEC EN

62446.


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Verifica della corrente di Lavoro


irraggiamento stabile, possono essere confrontate le correnti tra le

stringhe.



stabile).



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Verifica della Corrente di Lavoro Nel caso di irraggiamento non stabile la norma indica che si può procedere

in uno dei seguenti modi:


la verifica viene effettuata utilizzando diversi amperometri con analoghe

caratteristiche mantenendo un amperometro su una stringa di

riferimento; ( occorrono più persone per fare un lavoro «semplice»

economicamente poco conveniente)

la verifica viene effettuata misurando le correnti di stringa e

correggendoli con i valori misurati di irraggiamento solare sul piano del

moduli ( corretto)

NOTA: La corrente di lavoro della stringa (Impp) è influenzata da diversi

parametri e quindi soggetta a maggiore variazione. Sarebbe più opportuno

valutare la potenza di stringa opportunamente corretta in funzione di

Irraggiamento e temperatura.


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Verifica della corrente di Lavoro

Collegamento dello strumento



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Massa: parte conduttrice che soddisfa le seguenti proprietà :

o fa parte di un componente elettrico

o può essere toccata

o non è in tensione in condizioni ordinarie

o può andare in tensione in condizioni di guasto.

Massa estranea: parte conduttrice che soddisfa le seguenti proprietà :

o non fa parte dell'impianto elettrico

o può ugualmente andare in tensione in condizioni di guasto a causa di

una resistenza verso terra inferiore a 1000 Ohm ( 250 Ohm per

particolari applicazioni )

Sia la massa che la massa estranea vanno protette contro i contatti

indiretti.

Verifica della messa a Terra

http://www.ingegneria-elettronica.com/normative/guida_elettrotecnica_norme_cei_letteraC.htm

http://www.ingegneria-elettronica.com/normative/guida_elettrotecnica_norme_cei_letteraC.htm


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La struttura porta cavi di classe II La struttura non porta cavi La struttura porta cavi non classe II

Moduli FV di classe II Moduli FV di classe I

Telai a terra

x check ISO

R mod-strutt

<0,1W

R vs Terra

<1kW

Strutt. a Terra

x check ISO

Struttura non

messa a Terra

Moduli FV di classe I Moduli FV di classe II

Struttura

messa a Terra Struttura non

messa a Terra

Struttura

messa a Terra

SI

SI

SI

NO

NO

NO

Messa a Terra Struttura metallica


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La prova consiste nella verifica della continuità elettrica dei conduttori

di protezione PE ed equipotenziali dal dispersore fino alle masse e

masse estranee collegate.

Il test va condotto seguendo le prescrizioni della CEI 64-8 (IEC 61557-

1, -4) con corrente di prova di > 200mA

Verifica della messa a Terra


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Verifica dell’Isolamento

Lo scopo di questa verifica è quello di accertare che la resistenza di

isolamento dell’impianto sia adeguata ai valori prescritti dalle norme, in

particolare dalla Norma CEI 64-8/6 e dalla Norma CEI EN 62446.

Vn < 120V Vtest= 250V Isolamento min = 0,5MW

Vn [120V .. 500V] Vtest= 500V Isolamento min = 1 MW

Vn > 500V Vtest=1000V Isolamento min = 1 MW

La misura deve essere eseguita tra ogni conduttore attivo, oppure ciascun

gruppo completo di conduttori attivi, e l’impianto di terra

Le misure devono essere eseguite in c.c. mediante strumenti di prova

idonei (IEC61557-1, -2) in grado di fornire le tensioni previste con una

corrente nominale di 1mA.


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Verifica dell’Isolamento La Norma CEI EN 62446 indica che è possibile effettuare questa verifica

utilizzando uno dei seguenti due metodi e verificando il valore minimo di

resistenza di isolamento :

• Metodo 1: misura della resistenza di isolamento verso terra della

polarità positiva e di quella negativa, separatamente;

• Metodo 2: misura della resistenza di isolamento verso terra delle

polarità positiva e negativa cortocircuitate.


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Verifica dell’Isolamento Scopo: per i poli (+) (-) valutare resistenza verso Terra R tramite un

opportuno misuratore di Isolamento.

I misuratori di isolamento «tradizionali» applicano la relazione di misura:

R= Vtest/Itest dove

Vtest = Tensione di Test generata dallo strumento

Itest = Corrente di Test che circola per effetto di Vtest

Circuito equivalente ideale

MW


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Verifica dell’Isolamento Nella realtà, anche se gli impianti FV nascono sostanzialmente come

sistemi IT, fra i poli positivo-terra e negativo-terra è presente una tensione

dovuta a parametri «parassiti» (tipicamente conduttanze verso terra).

Vop e Von sono tensioni di valore aleatorio influenzate da diversi parametri

fra cui: Vdc, clima, lo strumento stesso di misura.

Circuito equivalente reale

Vop, Von possono alterare

pesantemente la misura

dell’isolamento

MW


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Verifica dell’Isolamento– Metodo 1

Circuito equivalente (Thévenin) rispetto al polo (+)

Esempio:

Rp = 10MW, Rn = 0.1MW (Rn < 1MW sarebbe un caso di "basso isolamento").

Se si calcolano i parametri equiv. R1~ 0.1 MW

Vdc=490V Vop~490V

Vtest = 500V

Itest= (Vtest-Vop)/R1= (500-490)/0.1M = 100uA

Il misuratore di isolamento tradizionale misura Vtest ed Itest e calcola:

R1calc= Vtest/Itest = 500V/100uA = 5MW

Quindi per effetto della presenza di Vop: pur avendo un basso isolamento sul polo (-), la misura sul

polo (+) evidenzia erroneamente un buon isolamento (5M)

MW MW


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Verifica dell’Isolamento – Metodo 1

Esempio:

Rp = 2.5MW, Rn = 2.5MW (Rp ed Rn > 1MW sarebbe un caso di "buon isolamento").

Se si calcolano i parametri equivalenti: R2= 1.25MW

Vdc=490V Von~245V

Vtest = 500V

Itest= (Vtest + Vop)/R2= (500 + 245)/1.25M ~ 600uA

Il misuratore di isolamento tradizionale misura Vtest ed Itest e calcola:

R2calc= Vtest/Itest = 500V/600uA ~ 0.8MW

Quindi per effetto della presenza di Von: pur avendo un buon isolamento su entrambi i poli, la misura sul polo (-)

evidenzia erroneamente un basso isolamento (0.8MW)

Circuito equivalente (Thévenin) rispetto al polo (-)

MW

MW


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Verifica dell’Isolamento – Metodo 1

Vantaggi - Consentirebbe di testare l’intero impianto con poche prove

Svantaggi L’utilizzo della relazione R=Vt/It NON è corretta in presenza di Vo

• Vo è bassa (attenzione all’impedenza di ingresso)

oppure

• si utilizzano idonei strumenti in grado di eliminarla dalla misura.

Il Metodo 1 della CEI EN62446 è quindi difficilmente applicabile dagli

strumenti tradizionali


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Verifica dell’Isolamento – Metodo 2 La tensione Vo è direttamente proporzionale alla tensione fra il polo

positivo e negativo. Pertanto il metodo 2 prevede la chiusura in corto

circuito (tramite appositi dispositivi) dei due poli allo scopo di azzerare la

tensione di disturbo Vo per poi eseguire una misura di resistenza di

isolamento «classica» fra poli in corto e terra

MW


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Verifica dell’Isolamento – Metodo 2 Gli inconvenienti di questo metodo sono:

- si può testare una stringa per volta (per non raggiungere valori di

corrente troppo elevati)

- Le due R sono in parallelo quindi lo strumento misurerà solo il valore

della Rparallelo e non c’è modo di discriminare il polo su cui esiste il

problema di basso isolamento.

MW


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Verifica dell’Isolamento – Metodo 2 («stringa»)

Vantaggi - Può essere integrata nella verifica della Corrente di

Cortocircuito di UNA STRINGA

Svantaggi - Si può testare solo una stringa per volta

- Non si riesce a discriminare su quale polo (positivo o

negativo) ci siano problemi di basso isolamento


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Verifica della Efficienza

Valutazioni Globali sull’impianto (moduli+inverter)

o Valutazione delle prestazioni in potenza ( PRp) • Tempi di analisi molto brevi

• Richiede irraggiamento >600W/m2

o Valutazione delle prestazioni in energia (PRe) • Tempi di analisi più lunghi (almeno 5 ore)

• Richiede irraggiamento >~200W/m2

Valutazioni mirate sui moduli FV


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Verifica della efficienza dell’impianto - PRp


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Verifica della efficienza dell’impianto - PRp


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Verifica della efficienza dell’impianto - PRe


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Si possono presentare diverse condizioni pratiche a seconda della:

a terra più «facile»

Ubicazione / topologia dell’impianto FV

su edifici più «difficile»

DC: Mono/Multi MPPT

Tipologia «elettrica» dell’impianto FV

AC: Monofase/Trifase

Verifica della efficienza dell’impianto


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Soluzione 1: collegamento fisico

Il collegamento fisico fra l’unità di

misurazione dell’irraggiamento e l’unità

dedicata alla misura di potenza/energia

può richiedere cavi schermati di

lunghezza considerevole.

Inoltre non è comunque garantita la

completa immunità ai disturbi



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Soluzione 2: collegamento wireless

Per collegare le sonde allo strumento si

può ricorrere ad una connessione

wireless. Qualsiasi tipo di connessione

wireless è sempre certificata per

propagazione in campo libero

ossia privo di ostacoli. Ma questa è una

condizione spesso puramente teorica.

Nella pratica si incontrano situazioni

opposte al “campo libero”. Difatti solai,

strutture in cemento armato, eccetera,

attenuano il segnale rendendo difficile, se

non impossibile, la comunicazione.



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Soluzione 3: due unità indipendenti

Una soluzione più sicura è posizionare

due unità di registrazione indipendenti

una sul tetto per l’acquisizione dei parametri

ambientali, l’altra collegata a monte e valle

dell’inverter per l’acquisizione dei parametri

elettrici.

La sincronizzazione delle due unità

garantisce la necessaria contemporaneità

delle misurazioni.



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Verifica Efficienza Impianto - Tipologie collegamenti

Inverter centralizzato Un unico inverter gestisce

tutto l’impianto. Tutte le

stringhe, costituite da

moduli collegati in serie,

sono riunite in un

collegamento in parallelo

Questa soluzione offre

investimenti economici

limitati, semplicità di

impianto e ridotti costi di

manutenzione

Per contro questa tipologia

è particolarmente sensibile

agli ombreggiamenti

parziali limitando lo

sfruttamento ottimale di

ogni stringa

È adatta per campi solari

uniformi per orientamento,

inclinazione e condizioni di

ombreggiamento


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Inverter di stringa

Ogni stringa, composta da vari

moduli in serie, ha un proprio

inverter rappresentando di fatto

un mini-impianto a sé stante

Grazie a questa configurazione

si ottengono rese maggiori

rispetto agli inverter

centralizzati riducendo le

perdite dovute ad

ombreggiamenti.

Ha un maggior costo a parità di

potenza rispetto ad un impianto

con inverter centralizzato.

È adatto per campi solari

articolati con diverse condizioni

di irraggiamento. È utilizzabile

anche per impianti costituiti da

più campi solari

geograficamente distribuiti



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Inverter multistringa – Soluzione 1 Questa tipologia si

interpone tra gli inverter

centralizzati e quelli di

stringa consentendo il

collegamento tipicamente

di due o tre stringhe per

ogni unità con

orientamenti, inclinazioni

e potenze diverse

Dal lato del generatore DC

le stringhe sono collegate

ad ingressi dedicati

gestiti da MPPT

indipendenti e dal lato

dell’immissione in rete

funzionano come un

inverter centralizzato

ottimizzandone la resa.

È il sistema con il miglior

rapporto costi/prestazioni

La potenza nominale

massima da impostare sul

SOLAR300N andrà divisa

per il numero di stringhe

(supposte uguali)

Esecuzione di un collaudo per ogni inseguitore di potenza



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Inverter multi-inseguitore – soluzione 1: osservazioni

Se si esegue un collaudo per ogni inseguitore (con gli altri inseguitori

”disattivati”), la configurazione dell’inverter a multi-Inseguitore garantisce, per

sua stessa natura, un rendimento elevato (>90%) anche per potenze ~ 10% della

potenza nominale dell’inverter.



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Inverter multi-inseguitore – soluzione 2

INPUT MAX 5VINPUT MAX 5V

VAC1

VAC2

VAC3

VAC

IDC

IAC

VDC

IAC1

IAC2

IAC3

N

EXT. POWER SUPPLY 5V

POWER STATUS MASTER REMOTE

POWER:

WAITING FOR START OF RECORDING

RECORDING RUNNINGSTATUS:

BATTERY

LOW BATTERY

EXTERNAL SUPPLY

MEMORY FULL

MASTER

REMOTE

USB

VDC1

( )

(+)

MAX 1000V , 600V BETWEEN INPUTS~

CAT III 1000V , CAT IV 300V ~

MAX 1000V , 600V BETWEEN INPUTS~

CAT III 1000V , CAT IV 300V ~

MPP 300

VDC2

( )

(+)

VDC3

( )

(+)

DETECTED

DETECTED

DC

AC



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Nel corso della vita dell’impianto può accadere che alcune celle si guastino,

compromettendo il rendimento del modulo e, di conseguenza, dell’intera stringa.

Occorre ricordare che la curva di funzionamento della stringa è determinata dalla curva

del peggiore tra i moduli componenti la stringa stessa. Eventuali celle danneggiate

abbattono ulteriormente il rendimento del modulo e della stringa, aumentando le

perdite per mismatching

Infine ogni modulo FV è soggetto ad un inesorabile decadimento delle prestazioni

(tipicamente garantito dal costruttore entro il 10..20% su 15.. 20 anni). E’ bene verificare

periodicamente che la suddetta “garanzia” sia rispettata.

Conviene quindi verificare periodicamente l’efficienza dei moduli FV dell’impianto al

fine di identificare immediatamente situazioni di sofferenza

Con la caratteristica I-V del modulo il costruttore fornisce una vera e propria carta di

identità del modulo (fornendo informazioni relative alla corrente di corto circuito, alla

tensione a vuoto ed alla generazione di potenza). E’ sufficiente quindi misurare la

caratteristica I-V dei moduli installati e confrontare quanto ottenuto con la caratteristica

dichiarata dal costruttore.

Verifica Efficienza moduli FV


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Verifica Efficienza moduli FV – Caratteristica I-V

La caratteristica I-V riporta tutto ciò che

occorre conoscere del modulo tra cui:

La potenza max generata

La corrente di corto circuito ISC

La tensione a vuoto VOC

La corrente al punto di massima

potenza IMPP

La tensione al punto di massima

potenza VMPP

Le varie curve riportano la caratteristica

I-V in funzione di diversi valori di

irraggiamento.


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Tutti i dati nominali sono riferiti a 1000W/m2 , 25°C, AM 1.5 (STC)



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Dati nominali Prove eseguite a 1000W/m2 , 25°C (STC)

Misure con strumenti Prove eseguite a XXXW/m2 , YY°C (OPC)

dove in generale le condizioni ambientali Operative XXX e YY:

XXX ≠ 1000W/m2 e YY ≠ 25°C



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Le caratteristiche I-V vengono fornite alle condizioni di prova standard STC (Standard

Test Conditions) al fine di uniformarne la notazione. Le STC sono:

- Irraggiamento pari a 1000 W/m2

- Massa d’aria (Air Mass) pari a 1,5 (inclinazione 48.2°raggi solari rispetto allo Zenith)

- Temperatura 25±2°C

Ovviamente, in campo, raramente si effettuano le misurazioni alle condizioni STC.

Pertanto, per poter confrontare la caratteristica I-V misurata con quanto dichiarato dal

costruttore dei moduli, bisogna riportare la caratteristica misurata in condizioni OPC

alle condizioni STC

La Normativa IEC/EN60891 descrive appunto il procedimento per traslare i dati da OPC

a STC



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In sintesi la procedura di misura è la

seguente:

Collegamento dei sensori (irr, Temp.)

Verifica condizioni ambientali della

prova ( > 600 .. 700W/m2 )

Selezione del modulo fra quelli

disponibili (o inserimento di 1 nuovo)

all’interno del DB

Collegamento a 4 fili

Esecuzione della prova e controllo

dell’esito finale (OK / NO)

Verifica Efficienza moduli FV – Caratt. I-V modulo


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In sintesi:

Procedimento sostanzialmente

identico al precedente.

In questo caso lo strumento esegue

la misura sulla stringa e sulla base

di questa misura ricava le

prestazioni di un “pannello medio”

in modo da poter confrontare

direttamente i valori ottenuti con

quelli dichiarati nel datasheet del

modulo stesso (che ovviamente

sono sempre riferiti ad 1 solo

modulo

Se un modulo è danneggiato il

“pannello medio” avrà prestazioni al

di fuori della tolleranza dichiarata

dal costruttore

Verifica Efficienza moduli FV – Caratt. I-V Stringa


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I costruttori di moduli dichiarano la caratteristica I-V dei propri prodotti per radiazioni incidenti

ortogonali alla superficie dei moduli stessi

Sarebbe quindi opportuno effettuare le misurazioni proprio in queste condizioni, o quantomeno

nelle condizioni il più prossime possibile

A causa della rifrazione del vetro protettivo dei moduli, più la radiazione incidente si discosta

dall’ortogonale, più la radiazione utile diminuisce. In sintesi, in termini di conversione della

radiazione solare in energia elettrica, 600 W/m2 ortogonali e 600 W/m2 con un’inclinazione di

40° non sono la stessa cosa

Verifica Efficienza moduli FV – note


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Verifica Efficienza moduli FV – Esempio risultati finali

Voc = 47.4 V

Vmpp = 39.6 V

Impp = 5.20 A

Isc = 5.69 A

Pmax = 206 W

FF = 0.76

DPmax = -1.9%

15/05/2015 15:34

ESITO: OK


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Grazie per l’attenzione

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