Progettazione a regola d’arte dei moduli per ridurre il rischio incendi

Ing. Claudio Liciotti – Brandoni Solare S.p.A. info@brandonisolare.com

Milano, 9 Maggio 2013

Di cosa parliamo I moduli fotovoltaici in Silicio cristallino si dividono in due macro famiglie: - con celle in Si monocristallino - con celle in Si Policristallino I moduli più diffusi sul mercato sono moduli da 60 celle. Le certificazioni prodotto necessarie per l’immissione sul mercato sono1: -CEI EN 61215 : Moduli fotovoltaici (FV) in silicio cristallino per applicazioni terrestri Qualifica del progetto e omologazione del tipo -CEI EN 61730-1 : Qualificazione per la sicurezza dei moduli fotovoltaici (FV) Parte 1: Prescrizioni per la costruzione -CEI EN 61730-2 : Qualificazione per la sicurezza dei moduli fotovoltaici (FV) Parte 2: Prescrizioni per le prove

Ulteriori certificazioni prodotto a cui possono essere sottoposti i moduli: - Ammonia test resistance - IEC 61701 ed2.0 : Salt mist corrosion testing of photovoltaic (PV) modules -Ecc.

1 CEI 82-25;V2: Guida alla realizzazione di sistemi di generazione fotovoltaica collegati alle reti elettriche di Media e Bassa Tensione

Di cosa parliamo Requisiti relativi a “rischio Incendio” - Note n.1342del 7/2/2012 e n.6334 del 4/5/2012 della Direzione Centrale per la Prevenzione e la Sicurezza Tecnica2

- Prove relative al pericolo di incendio contenute all’interno della CEI EN 61730-2 Per quanto riguarda il discorso “prove relative al pericolo di incendio” la CEI EN 61730-2:2009 prevede quanto segue: Queste prove valutano il potenziale pericolo di incendio dovuto al funzionamento di un modulo o al guasto dei suoi componenti. MST 21 riferimento al punto 10.7 della CEI EN 61730-2:2009 MST 22 le prove non vengono esplicitate direttamente all’interno della CEI EN 61730-2:2009 MST 23 riferimento al punto 10.8 della CEI EN 61730-2:2009. In tale paragrafo troviamo però : “Allo Studio” 3 MST 25 le prove non vengono esplicitate direttamente all’interno della CEI EN 61730-2:2009 MST 26 riferimento al punto 10.9 della CEI EN 61730-2:2009 2 Requisito cogente in installazioni di un impianto fotovoltaico a servizio di un’attività soggetta al controllo dei Vigili del fuoco. 3 La prova di resistenza al fuoco MST 23 non è un requisito cogente in EU e in Italia.

Caratteristiche costruttive moduli Oltre alle prove di validazione di tipo, andiamo a vedere nello specifico alcune caratteristiche costruttive dei moduli che possono avere una influenza diretta sul discorso rischio incendi.

Caratteristiche costruttive moduli Oltre alle prove di validazione di tipo, andiamo a vedere nello specifico alcune caratteristiche costruttive dei moduli che possono avere una influenza diretta sul discorso rischio incendi.

Matrice celle All’interno della matrice di celle vi sono diversi punti e componenti che possono esser natura di “hot spot”.

Interconnessione ribbon celle

InterconnessioneTabbing ribbons Bussing ribbons

Flessione ribbons tra cella e cella

Celle

Matrice celle – Celle La presenza di celle con elevata Rs possono comportare degli hot spot all’interno del modulo stesso

Tali hot spot, oltre a compromettere il funzionamento del modulo possono creare problemi concreti di surriscaldamenti localizzati

EL

Matrice celle – Interconnessione ribbon celle

La saldatura dei ribbons (tabbing ribbons) sulle celle è un parametro che va costantemente monitorato in Produzione. Saldature troppo forti possono portare a danneggiamenti delle celle. Saldature troppo deboli possono portare nel tempo all’incremento della resistenza di serie del modulo. In entrambi i casi, una non buona saldatura, può portare a surriscaldamenti localizzati molto importanti che possono culminare in Hot Spot.

Fonte: Sandia National Laboratories

Matrice celle –Tabbing - Bussing La saldatura dei tabbing ribbons con i bussing ribbons possono essere punti molto critici.

Un non uniforme contatto tra i tabbing ribbon e i bussing ribbons o una cattiva saldatura possono portare a punti di alta resistenza. Tali punti di alta resistenza comportano surriscaldamenti localizzati molto importanti che possono culminare con l’esplosione del vetro del modulo. Fonte: Sandia National Laboratories

Matrice celle –Tabbing - Bussing La saldatura dei tabbing ribbons con i bussing ribbons possono essere punti molto critici.

In casi estremi in tali punti si possono generare anche degli archi elettrici in DC.

Fonte: Sandia National Laboratories

Matrice celle – Flessione ribbon cella/cella

Durante la loro vita, i moduli fotovoltaici cristallini sono sottoposti a carichi meccanici e cicli termici. Entrambi possono causare cambiamenti ciclici della distanza tra le celle. Per questo motivo, i ribbons d’interconnessione in rame, che formano il collegamento meccanico ed elettrico tra celle in serie, sono soggetti a cicli di flessione nello spazio tra le celle. 4

Questa deformazione ciclica può portare alla creazione di un punto di strizione nella sezione dei ribbons (fino alla rottura a fatica dei ribbons). In tali punti di strizione si possono generare dei riscaldamenti localizzati che possono innescare anche delle fiamme.

Va fatta particolare attenzione alla microstruttura del ribbon e alle sue proprietà meccaniche e prestazioni a fatica 4 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition - Mechanical Properties and Fatigue Behavior of Copper Interconnect Ribbon - M. Pedevilla, M. Panzenböck, H. Clemens, N. Mitrovitz

Backsheets Il Backsheet del modulo, oltre ad esser scelto in funzione delle sue caratteristiche nel tempo, può esser scelto anche in funzione di quelle che sono le sue performance in termini di flammability (caratteristiche non frequentemente indicate).

Eppure si parla di tali caratteristiche anche all’interno della CEI EN 61730-1 nel capitolo 5 relativo ai materiali polimerici. Non tutti i backsheet hanno le stesse performance in termini di: •Flame Spread Index In accordance with ASTM E162 •High Current Arc Ignition (HAI) •Vertical Burn Flammability (IEC 60695-11-10/UL94)

5 Photon Internationa 8-2012

Junction Box All’interno della JB possono esserci molte criticità da punto di “rischio incendio”.

Junction Box All’interno della JB possono esserci molte criticità da punto di “rischio incendio”.

Posizionamento bussing ribbons nella JB

Diodi

Connettori

Interfaccia Cavi/JB

Interfaccia Bussing ribbons/JB

Junction Box – Posizionamento Bussing Ribbon All’interno della JB confluiscono i contatti provenienti dall’interno del laminato.

Va assolutamente evitato che si creino, all’interno della JB, degli archi elettrici (DC) per dei corti tra i bussing dei poli negativi e quelli dei poli positivi (Parallel Arcing)6.

Una distanza troppo ravvicinata tra i bussing intermedi potrebbe causare un arco elettrico. 6 PV Fire: Experience and StudiesExperience - Studies Liang Ji - Underwriters Laboratories Inc (UL)

Junction Box – interfaccia con bussing ribbon L’interfaccia tra i bussing ribbon deve mantenere le sue performance stabili nel tempo .

Va considerato che i ribbon sono realizzati in rame e rivestiti con una lega saldante e che i contatti interni alla JB sono metallici. Le variazioni di temperatura (in fase di esercizio) debbono essere compensate in questi punti. Le dilatazioni conseguenti non debbono deteriorare il contatto tra i bussing e i contatti della JB. Il deterioramento di tali contatti può comportare dei riscaldamenti localizzati legati all’aumentare della resistenza di serie nel tempo.

Junction Box – interfaccia con cavi In questo punto i problemi possono nascere per 3 principali ragioni:

1) Strefolamento del cavo: il cavo è posto all’interno del suo alloggiamento già strefolato

2) Deterioramento del sistema di serraggio dei cavi nel tempo 3) Sfilamento del cavo dalla sua posizionamento

Anche in questi casi si possono generare degli archi elettrici in DC con conseguente danneggiamento della JB e del modulo.

Junction Box La scelta dai diodi, in funzione di quelle che sono le correnti di funzionamento dei moduli e in funzione della

Junction box è fondamentale. Il diodo ha una sua curva di funzionamento legata alla temperatura di esercizio.

Junction Box Se la JB, durante il funzionamento del diodo, non è in grado di dissipare la potenza termica generata dal diodo stesso si può arrivare alla fusione della JB stessa.

Junction Box All’interno dei connettori vi sono dei contatti a lamella. Non tutti i contatti sono uguali e garantiscono una

bassa resistenza di serie.

Inoltre, in alcuni casi, connettori mal assemblati o mal connessi possono generare fenomeni di surriscaldamento molto considerevoli. 7 Photon Italia 10-2011

Grazie per l'attenzione

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