Il presente rapporto descrive lo sviluppo di un algoritmo denominato Maximum Power Point Tracking (MPPT) che, implementato nel controllo di un inverter, consentirebbe il massimo trasferimento di potenza disponibile da una stringa fotovoltaica (PV) verso la rete, minimizzando le perdite energetiche per la ricerca del punto di massima potenza. Come noto, una distribuzione non uniformedell’irraggiamento solare su celle fotovoltaiche (fenomeno noto come mismatch elettro-ottico)) 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 assumono un tipico andamento a gradini di corrente, dove ogni valore del gradino corrisponde alla 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 algoritmo MPPT è di tipo perturba-osserva, ovvero perturba la tensione e verifica la variazione di potenza in risposta alla perturbazione: se la potenza aumenta, la variazione di tensione viene continuata nello stesso verso; se la potenza diminuisce la variazione di tensione viene cambiata di segno. Un algoritmo perturba_osserva elementare, partendo dalla tensione di circuito aperto Voc e spostandosi verso sinistra, 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. E’ bene dire che in commercio esistono già degli algoritmi più esperti, che risolvono taleproblema, cioè l’individuazione del punto di massimo assoluto, ma, per far ciò con determinati intervalli di tempo, necessitano l’esplorazione di un’ampia porzione di curva I-V a sinistra o a destra rispetto al punto di partenza. Poiché gli algoritmi non possono sapere a priori se questa ricerca identificherà o meno un valore di potenza maggiore rispetto a quello di partenza, sono costretti a ripetere questaesplorazione ad intervalli di tempo regolari anche nei casi in cui non sarebbe necessario (casi in cui il punto di potenza di partenza è già il massimo assoluto). Questa funzione di ricerca continua di un punto di massimo assoluto lontano dal punto iniziale comporta una notevole perdita di energia. Il nuovo algoritmo, basandosi su una modellazione del modulo fotovoltaico, ha la capacità diidentificare in maniera efficiente un intervallo di tensione all’interno del quale è certa la presenza del picco di potenza massima assoluta; il tradizionale algoritmo perturba e osserva viene quindi applicato all’interno di quell’intervallo. L’espressione “maniera efficiente” viene utilizzata per esaltare il concetto che l’algoritmo, avvalendosi di una teoria modellistica sviluppata, permette lariduzione delle perdite energetiche in quanto:
• non inizia la ricerca del punto di massima potenza in intervalli di tensione a sinistra del punto di partenza quando riconosce specifiche condizioni che la rendono inutile;
• interrompe la ricerca del punto di massima potenza in intervalli di tensione a destra del punto di partenza quando non sono soddisfatte specifiche condizioni;
• per l’individuazione del punto di potenza massima assoluta, non deve individuare con una ricerca di tipo continuo tutti i picchi di potenza (massimi relativi) della curva I-V; gli spostamenti per la ricerca del massimo assoluto avvengono in maniera discreta attraverso dei salti in corrente.E’ stato, inoltre sviluppato un software in ambiente Labview che consente lo svolgimento delle funzioni sotto elencate:
• simulazione delle caratteristiche I-V di stringhe fotovoltaiche, con ricevitori affetti da mismatch (è cioè possibile impostare i valori di mismatch dei singoli ricevitori);
• simulazione dell’algoritmo MPPT perturba e osserva elementare;
• simulazione del nuovo algoritmo MPPT;
• emulazione del nuovo algoritmo MPPT attraverso il pilotaggio un carico elettronico tramite porta di comunicazione GPIB (General Purpose Interface Bus).Al fine di validare il nuovo algoritmo MPPT è stato realizzato un apparato sperimentale costituito da un carico elettronico programmabile, un emulatore di stringa fotovoltaica programmabile e due computer dedicati rispettivamente al pilotaggio del carico elettronico e dell’emulatore. La sperimentazione è consistita nell’emulare le curve I-V affette da mismatch e nell’eseguire il nuovo algoritmo MPPT implementato nel software Labview che pilota il carico elettronico. Le prove hanno dimostrato il corretto funzionamento del nuovo algoritmo.