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rapporti - Deliverable

Caratterizzazione di moduli e sistemi CPV e sviluppo di nuove metodologie di caratterizzazione

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Caratterizzazione di moduli e sistemi CPV e sviluppo di nuove metodologie di caratterizzazione

Il rapporto descrive attività e risultati sul miglioramento dell’affidabilità e delle prestazioni di moduli fotovoltaici a concentrazione compatti, nonché alle ottimizzazioni di componenti per impianti CPV (ad es. il sensore di puntamento solare) atte alla loro integrazione in impianti fotovoltaici reali. Sono inoltre presentate nuove tecniche di caratterizzazione di celle e moduli CPV che considerano gli effetti spettrali incluso il metodo di misura dell’accettanza angolare.

La tecnologia del fotovoltaico a concentrazione è la più efficiente nel panorama della generazione energetica da fonte solare, ma al contempo, essendo una tecnologia emergente non è ancora consolidata dal punto di vista dell’affidabilità. Pertanto presso la l’infrastruttura di prova di RSE a Piacenza, sono state eseguite prove di affidabilità e di prestazione sui moduli CPV di vecchia generazione (realizzati nel triennio 2012-2014), sul modulo compatto1 realizzato nel 2017, (denominato modulo_tipo2) e sul modulo sviluppato nel progetto europeo correlato CPV MATCH (denominato modulo_tipo3). I test hanno evidenziato che il layout elettrico del modulo_tipo2 non è affidabile in condizioni di mismatch termico tra le celle connesse in parallelo, pertanto nel 2018 il layout è stato modificato connettendo tutte le celle in serie. Inoltre sono stati migliorati gli allineamenti ottici tra specchi e celle. A valle delle modifiche il modulo_tipo2 presenta valori di efficienza pari a 29,0% in Condizioni Standard Operative SOC5 e pari a 31,2% in condizioni STC (valore maggiore rispetto al 29,9% misurato prima delle modifiche). Il modulo_tipo3 ha, invece, raggiunto valori di efficienza SOC pari al 31,0% e si ritiene superiori al 32,0% in condizioni di Test Standard STC.

L’accettanza angolare è un parametro fondamentale che caratterizza i moduli fotovoltaici a concentrazione perché impatta sull’affidabilità e i costi del sistema di inseguimento solare. La procedura convenzionale per la misura del parametro si basa su misure monodimensionali 1D che non sono precise nel caso di ottiche asimmetriche. Un metodo sviluppato da RSE negli ultimi anni consente la misura dell’angolo di accettanza in 2D ma con tempi di esecuzione lunghi (maggiori di 1 ora) che aumentano l’incertezza. I tempi di esecuzione sono stati ridotti di 4 volte grazie all’utilizzo di un efficiente algoritmo di inseguimento del punto di massima potenza MPPT del modulo sviluppato da RSE. Applicando il metodo ottimizzato è stata misurata l’accettanza angolare del modulo_tipo2 che risulta +/- 0.45° sia rispetto all’angolo di azimut che a quello di elevazione.

Al fine di determinare l’efficienza delle celle CPV, lo standard IEC60904-1-1 impone dei limiti restrittivi sull’entità degli scostamenti tra lo spettro delle lampade del simulatore solare e quello di riferimento. Per soddisfare tali limiti è necessario eseguire laboriose regolazioni dell’apparato sperimentale (variazioni tensioni lampade, uso di filtri) non facilmente attuabili a causa della difficoltà di modificare indipendentemente la radianza spettrale nelle singole bande. E’ stata quindi studiata la fattibilità di una metodologia che permette di correggere la curva I-V misurata dalle condizioni di spettro sperimentali alle condizioni di spettro di riferimento, semplificando le regolazioni dell’apparato sperimentale.

Il rapporto descrive infine ottimizzazioni di componenti per impianti CPV (sensore di puntamento solare, collimatori) atte alla loro integrazione in impianti fotovoltaici reali.

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