Sistema di monitoraggio di impianti fotovoltaici e comparazione performance

Stefano Alessandrini – Università degli Studi di Trieste

Argomenti trattati

1. Progetto ENERPLAN di Area Science Park: PdL 4 ‘’LIDEA- Laboratorio Impianto Dimostrativo Energie Alternative’’

2. Sistemi di monitoraggio degli impianti FV

3. Metodologia di analisi dei dati

4. Risultati e comparazione performance

5. Conclusioni

PdL 4

Articolazione e fasi del PdL 4:

1. Realizzazione di un sistema di acquisizione ed elaborazione dati per il monitoraggio di 2 impianti FV esistenti con tecnologia a silicio monocristallino (FV1 e FV2)

2. Realizzazione di un terzo impianto FV con tecnologia a «film sottile» e relativo sistema di monitoraggio analogo a quello al punto 1 (FV3)

3. Studio comparativo tre tecnologie (efficienza e reddittività nelle medesime condizioni operative reali)

4. Sviluppo di metodologie di analisi dei dati per il monitoraggio del mantenimento delle prestazioni sul lungo periodo

PdL 4 - Ubicazione impianti

FV2 - CTB 17.94 kWp

(Sanyo)

FV3 - Q 19.44 kWp (Miasolè)

FV1 - Q2 15.9 kWp

(Sunpower)

Obiettivi PdL4

1. Verifica sul campo delle prestazioni di impianti fotovoltaici di media taglia (<20 kWp) – moduli tecnologicamente al top

2. Valutazione della reale redditività energetica sul lungo periodo

3. Studio sistematico dell’influenza dei vari parametri di funzionamento sull’efficienza di sistemi FV, in condizioni operative reali

4. Separazione degli effetti ambientali dagli effetti dovuti a rendimento variabile dei pannelli e dei componenti elettrici ed elettronici

5. Realizzazione di una database che permetta di confrontare le prestazioni di varie tecnologie di pannelli FV

Impianti FV: Q2 – 15.90 kWp

- Marca e modello moduli Sunpower SPR300-WHT

- Numero moduli impianto 53

- Modello inverter SMA 6000 A – 5000 A – 3800 A

- Numero inverter 3 monofase

- Numero stringhe 8

- Numero stringhe per inverter 3 – 3 – 2

- Numero pannelli stringa 7 – 6 – 7

- Tilt moduli 10°

- Azimut moduli -35°

- Superficie del modulo fotovoltaico 1,063 m2

- Potenza modulo (Standard Test Conditions) 300 W

- Efficenza modulo (Stendard Test Conditions) 18.4 %

Impianti FV: CTB – 17.94 kWp

- Marca e modello moduli Sanyo HIP 230 HDE1

- Numero moduli impianto 78

- Modello inverter Power One: Aurora PVI-10.0-I-OUTD-S

- Numero inverter 2 trifase

- Numero stringhe 4

- Numero stringhe per inverter 2

- Numero pannelli stringa 13 – 26

- Tilt moduli 30°

- Azimut moduli 0°

- Superficie del modulo fotovoltaico 1,386 m2

- Potenza modulo (Standard Test Conditions) 230 W

- Efficenza modulo (Stendard Test Conditions) 16.6 %

Impianti FV: Q – 19.44 kWp

- Marca e modello moduli Miasolè MS135GG

- Numero moduli impianto 144

- Modello inverter Power One: Aurora PVI-10.0-I-OUTD-S

- Numero inverter 2 trifase

- Numero stringhe 12

- Numero stringhe per inverter 6

- Numero pannelli stringa 12

- Tilt moduli 5°

- Azimut moduli -35°

- Superficie del modulo fotovoltaico 1,071 m2

- Potenza modulo (Standard Test Conditions) 135 W

- Efficenza modulo (Stendard Test Conditions) 12.6 %

Sistemi di monitoraggio FV

STRINGHE di MODULI

Sistemi di monitoraggio FV

INVERTER

Sistemi di monitoraggio FV

Parametri elettrici:

• Corrente di stringa • Tensione ingresso inverter • Corrente uscita inverter

• Tensione uscita inverter Parametri pannello:

• Irraggiamento solare (piano pannello) • Temperatura operativa dei pannelli FV

Parametri ambientali: • Irraggiamento solare (piano orizzontale) • Temperatura ambiente • Velocità del vento

Corrente continua CC

Corrente alternata CA

Sistemi di monitoraggio FV

Impianto CTB ( Sanyo ) Aurora PVI 10 Aurora PVI 10 Totale

Sensore corrente stringa 3 3 6

Modulo lettura corrente 3 3 6

Modulo lettura tensione 1 1 2

Analizzatore di rete 1 1 2

Sensore temperatura ambiente 1 1

Sensore temperatura pannello 2 2

Sensore irraggiamento solare 1 1

Sistemi di monitoraggio FV

Impianto Q2 (Sunpower) SMA 6000A SMA 5000A SMA 3800A Totale

Sensore corrente stringa 3 3 2 8

Modulo lettura corrente 3 3 2 8

Modulo lettura tensione 1 1 1 3

Analizzatore di rete 1 1 1 3

Sensore temperatura ambiente 1 1

Sensore temperatura pannello 3 3

Sensore irraggiamento solare 1 1

Sistemi di monitoraggio FV

Impianto Q ( Miasolè ) Aurora PVI 10 Aurora PVI 10 Totale

Sensore corrente stringa 6 6 12

Modulo lettura corrente CC 6 6 12

Modulo lettura tensione CC 2 2 4

Analizzatore di rete 1 1 2

Sensore temperatura ambiente 1 1

Sensore temperatura pannello 4 4

Sensore irraggiamento solare 1 1

Metodologia di analisi NORMATIVA DI RIFERIMENTO:

CEI EN 61724 – Rilevo delle prestazioni dei sistemi fotovoltaici: linee guida per la misura, lo scambio e l’analisi dei dati (1999)

...ALCUNI RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI: S. Alessandrini, I. Casula, D. Micheli, R. Radu, Analisi delle prestazioni di campi fotovoltaici in condizioni operative caratterizzate da bassi valori di irraggiamento, 67° Congresso Nazionale ATI, Trieste, 2012. B. Zinsser, G. Makrides, M. Schubert, G. Georghiou, J.H. Werner, Temperature and Intensity Dependence of Twelve Photovoltaic Technologies, Solar Energy, 2008. C. Cornaro, D. Musella, Performance Analysis of PV Modules of Various Technologies After More Than One Year of Outdoor Exposure in Rome, In Proceedings of the III International Conference on Applied Energy, Perugia, 2011.

Metodologia di analisi

Metodologia di analisi dati utilizzata:

1. Filtraggio dei dati rilevati rispetto all’angolo di incidenza o allo

scostamento dalla linearità della dipendenza della corrente

dall’irraggiamento

2. Suddivisione dei dati filtrati in classi di irraggiamento

3. Determinazione per ogni classe del corrispondente coefficiente di

temperatura

4. Normalizzazione della potenza al valore di irraggiamento di riferimento

5. Normalizzazione della potenza alla temperatura di riferimento

Metodologia di analisi

CODICE FILTRAGGIO DATI

• Posizione del sole

• Range di tensione MPPT

• Angolo di incidenza

• Corrente

Risultati ottenuti

CORRENTE DURANTE LA GIORNATA

A PARITA’ DI IRRAGGIAMENTO

AL POMERIGGIO LA CORRENTE E’ PIU’ BASSA

- 2% di EFFICIENZA

Risultati ottenuti

INFLUENZA DELLA TEMPERATURA DEI MODULI

SULLA POTENZA

www.sptec.it

SANYO

Risultati ottenuti

INFLUENZA DELLA TEMPERATURA DEI MODULI

SULLA POTENZA

www.sptec.it

MIASOLE’

Risultati ottenuti

INFLUENZA DELLA TEMPERATURA DEI MODULI

SULLA POTENZA

-20 -10 0 10 20 30 40 500

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Temperatura moduli [°C]

Po

ten

za

CC

[W

]

Irraggiamento W/m2

50 W/m2

200 W/m2

100 W/m2

300 W/m2

400 W/m2

500 W/m2

600 W/m2

700 W/m2

800 W/m2

900 W/m2

www.sptec.it

SUNPOWER

Metodologia di analisi

INFLUENZA DELLA TEMPERATURA: condizioni standard poco frequenti

Risultati ottenuti

COEFFICIENTI DI TEMPERATURA: [% K-1] 100/)( 0PTTPP panstNGNGT

NGTP

NGP

stT

panT

0P

potenza normalizzata rispetto ad irraggiamento e temperatura

potenza normalizzata rispetto all’ irraggiamento

temperatura standard

temperatura moduli

potenza di picco sperimentale

Risultati ottenuti

EFFICIENZA REALE DEI MODULI

GA

TGP

FV

panCC

FV

,

[%]

FVA

G

panT

: Superficie attiva[m2]

: Irraggiamento nel piano dei moduli[W]

: Temperatura operativa[°C]

CCP : Potenza continua [W]

Comparazione performance

Resa energetica finale [kWh/kWp] :

Resa energetica di riferimento [kWh/kWp] :

Performance Ratio [%] :

CALCOLO DEGLI INDICI DI PRESTAZIONE DEFINITI DALLA NORMATIVA

installatapiccodiPotenza

generatatotaleEnergiaYf

oriferimentdintoIrraggiame

ricevutototalentoIrraggiameYr

Comparazione performance

CTB Q2 Q

Moduli considerati 13 39 132

Potenza modulo [Wp] 230 300 135

Potenza complessiva moduli [Wp] 2990 11700 17820

Resa energetica finale Yf [kWh/kWp] 1752 1516 468

Resa energetica di riferimento Yr [kWh/kWp] 2078 1863 633

Performance Ratio PR [%] 84 81 74

Energia Prodotta [kWh/kWp] 1752 1516 468

84

17.5 MESI: dal 15 ottobre 2011 al 31 marzo 2013: CTB e Q2

8 MESI: dal 1 agosto 2012 al 31 marzo 2013: Q

Comparazione performance

Andamento delle performance durante l’anno (esempio impianto CTB):

Conclusioni

• Nell’ambito del progetto ENERPLAN sono stati installati ed è stato messo in funzione un sistema di monitoraggio di tre campi fotovoltaici

• Creazione di un database

• Confronto delle prestazioni tra tecnologie differenti ma installate nello stesso luogo

• Confronto tra prestazioni reali e nominali evidenziando i motivi della differenza riscontrata

• Sviluppo di strumenti di analisi per lo studio dell’integrazione con altri sistemi di generazione distribuita

Ringraziamenti

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

Ing. Stefano Alessandrini PhD Student – Dipartimento di Ingegneria e Architettura Università degli studi di Trieste e-mail: salessandrini@units.it mobile: +39 340 92 92 864