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Studio sperimentale d’Inverter per moduli fotovoltaici a concentrazione

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Studio sperimentale d’Inverter per moduli fotovoltaici a concentrazione

La caratterizzazione dei moduli fotovoltaici a concentrazione solare identifica possibili perdite di potenza dovute al fenomeno del mismatch elettro-ottico. Vengono provati due Inverter commerciali con una metodica di prova orientata a verificare se campi CPV affetti da mismatch comportano difficoltà nella ricerca del punto di massima potenza. Le prove sono sperimentalmente consistenti perché basate su una modellazione validata da una ampia base di dati sperimentali.

La caratterizzazione sperimentale dei moduli fotovoltaici MJ-CPV (Multi-giunzione a concentrazione solare) consente di identificare una specifica variazione peggiorativa delle prestazioni dei moduli stessi, che viene riconosciuta come l’effetto del cosiddetto mismatch elettro-ottico. Il mismatch elettro-ottico èsostanzialmente dovuto a disallineamenti nell’ottica delle singole celle e/o ad oscuramenti parziali delle superfici riceventi che rendono non uniforme il comportamento elettrico delle singole celle; il suo effetto dipende inoltre dalle topologie del modulo e dell’intero campo fotovoltaico (connessioni serie/parallelodelle singole celle, connessioni serie/parallelo dei moduli), dalla presenza dei diodi di by-pass posti in parallelo alla singola cella e dai diodi di blocco posti fra stringhe di moduli. La curva caratteristica I-V di un campo fotovoltaico affetto da mismatch presenta dei tipici gradini che possono tradursi in picchi secondari di potenza nella caratteristica P-V. In una particolare condizione di mismatch, definitamismatch critico, il picco di potenza canonico viene uguagliato da un picco di potenza secondario. La presenza di più massimi nella curva di potenza è a priori problematica per l’algoritmo di Ricerca del punto di Massima Potenza (MPPT), sul quale è basato il controllo degli Inverter PV. Si ritiene quindi utile svolgere una prova orientata a verificare il comportamento di Inverter PV commerciali a fronte di variazioni della curva di potenza di un campo PV a concentrazione. A tal fine si individua una metodica di prova e si realizza un banco di prova ad essa adeguata. Il lavoro svolto nell’ambito della caratterizzazione di moduli CPV (riassunto nel cap. 2) non solo stimola la verifica degli Inverter commerciali connessi a un campo CPV, ma fornisce anche gli strumenti per tale verifica: la disponibilità di un modello validato da campagne sperimentali permette di preparare caratteristiche I-V realisticamente affette di mismatch e dimensionate nel range di valori I-V necessario al funzionamento del singolo Inverter in prova. La procedura di prova così stabilita è sperimentalmente consistente in quanto basata su simulazioni di campo ottenute dai dati sperimentali misurati su moduliMJ-CPV. Le prove vengono svolte su due Inverter commerciali monofase e consentono innanzitutto di verificare che la tecnologia CPV non presenta una maggior difficoltà per la ricerca del punto di massima potenza. In presenza di più massimi relativi in successione crescente gli attuali MPPT individuano il massimoassoluto di potenza, così come in altre situazioni di mismatch. Viene individuata la condizione più critica, che può verificarsi per un’evoluzione specifica della caratteristica I-V, sinteticamente caratterizzata dalla presenza del massimo assoluto di potenza che si trova a destra del punto corrente di lavoro posizionato su un massimo relativo; tale condizione può verificarsi anche per campi PV tradizionali. L’esame sperimentale del comportamento dinamico dei due inverter commerciali e gli strumenti di analisi teorica consentono di esprimere un criterio migliorativo per l’algoritmo MPPT, basato sulla modellazione in tempo reale del campo fotovoltaico e dalla misura, sempre in tempo reale, delle variabili Voc e Isc.

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