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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.

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Cielo terso, giornata ventilata. Ore12.00-14.00, T=26-30CCielo terso, giornata ventilata. Ore 13.00-14.00, T=25-30C Cielo sereno. Ore 12.30-13.30, T=6-8C 29 aprile: alte prestazioni, anche sopra i valori nominali (moduli nuovi) 31 agosto: eff.