Il presente rapporto descrive un nuovo e originale metodo d’inseguimento del punto di massima potenza denominato Maximum Power Point Tracking (MPPT) che, implementato nel controllo di un inverter, consente il massimo trasferimento di potenza disponibile da una stringa fotovoltaica (PV) verso la Rete Elettrica, minimizzando le perdite energetiche.

Come noto, una distribuzione non uniforme dell’irraggiamento solare su una stringa di celle fotovoltaiche (fenomeno noto come mismatch elettro-ottico o partial shading) connesse in serie e in presenza di diodo di bypass connesso in antiparallelo alle celle, può introdurre delle deformazioni sulle caratteristiche corrente – tensione (curve I-V) e potenza tensione (curve P-V) . In particolare:

• le curve I-V possono assumere un tipico andamento a gradini, dove è possibile associare ad ogni valore del gradino il valore della corrente fotovoltaica di una cella solare connessa in serie;
• le curve P-V possono assumere un andamento con più punti di massimo relativo.

L’approccio più elementare di un metodo MPPT è di tipo perturba & osserva (P&O), in altre parole si perturba la corrente (o la tensione) e si analizza la variazione di potenza in risposta alla perturbazione: se la potenza aumenta, la variazione di corrente (o tensione) viene continuata nello stesso verso; se la potenza diminuisce la variazione di corrente viene cambiata di segno. Un metodo perturba & osserva elementare, partendo dalla tensione di circuito aperto Voc e spostandosi verso sinistra nella curva I-V, è in grado di identificare il primo punto di massimo relativo che incontra, ma, talvolta, il picco trovato non è il massimo assoluto con conseguente perdita di energia. Allo stato dell’arte, esistono già metodi più esperti, che risolvono tale problema, cioè l’individuazione del punto di massimo assoluto, ma per far ciò, periodicamente, richiedono l’esplorazione di un’ampia porzione di curva I-V a sinistra o a destra rispetto al punto di partenza. Poiché tali metodi non sanno a priori se questa ricerca identificherà o meno un valore di potenza maggiore rispetto a quello di partenza, sono costretti a ripetere questa esplorazione anche nei casi in cui la ricerca non sarebbe necessaria (casi in cui il punto di partenza è già il massimo assoluto). La ricerca inutile di un punto di massimo lontano dal punto iniziale comporta un notevole spreco di energia.

Nell’ambito delle attività di ricerca del triennio 2012-2014, RSE ha avviato lo sviluppo di un algoritmo MPPT innovativo, basato su un modello di modulo e su una teoria originale, che individua il punto corrispondente al massimo assoluto della potenza erogata dal modulo in tempi minimi e con un numero molto ridotto di iterazioni anche nei casi di ombreggiamenti parziali dei moduli fotovoltaici, condizione come già detto denominata mismatch elettro-ottico. Le attività svolte nel presente periodo di riferimento hanno permesso di completare la modellistica associata a tale algoritmo e la sua caratterizzazione sia su curve simulate che su numerose curve sperimentali acquisite durante l’attività di caratterizzazione in condizioni operative reali di moduli fotovoltaici a concentrazione.

A seguito dei postivi risultati conseguiti durante la sperimentazione, che hanno confermato la grande potenzialità e l’efficienza operativa dell’algoritmo MPPT sviluppato da RSE, si è decido di procedere al deposito brevettuale dello stesso il cui iter è attualmente in corso.

In particolare le attività di ricerca svolte sono riassunte nei seguenti punti:

1. avanzamento della modellazione matematica della stringa fotovoltaica affetta da mismatch elettro-ottico allo scopo di migliorare l’efficienza dell’algoritmo MPPT nell’identificazione del punto di massima potenza (riduzione del numero di iterazioni e dell’errore di identificazione);
2. sviluppo della parte dell’algoritmo atta a riconoscere automaticamente le condizioni che rendono necessario il suo innesco in relazione alla dinamica delle curve I-V e dell’irraggiamento solare;
3. progettazione e realizzazione hardware di un circuito simulatore di un modulo fotovoltaico affetto da mismatch elettroottici, regolabili ad hoc e caratterizzazione sperimentale dell’algoritmo attraverso il circuito;
4. caratterizzazione in simulazione dell’algoritmo mediante migliaia di curve sperimentali I-V acquisite durante una campagna di misura su moduli fotovoltaici a concentrazione.

Dalle prove eseguite su migliaia di curve sperimentali, si può affermare che il nuovo algoritmo MPPT conferma le potenzialità previste dalla teoria sviluppata: il punto di massima potenza di migliaia di curve I-V acquisite sperimentalmente con differenti distribuzioni di mismatch viene identificato con numero di iterazioni, perdita di potenza e di energia molto inferiori rispetto al tradizionale algoritmo P&O. Saranno necessarie ulteriori prove sperimentali outdoor per la sperimentazione e l’ottimizzazione del comportamento dinamico dell’algoritmo e si sta valutando la possibilità di un confronto con gli MPPT di sistemi commerciali di ultima generazione.