I Potenziali Prolemi degli impianti solari

per inciso, l'immagine sopra Impianto realizzato da Adea, moduli solari termici e fotovoltaici in mutua riflessione ottica. In funzione dell'angolo del sole un campo di moduli coglie il sole rifiutato dall'altro: stagionalità alleviata. Se volete guardatevi il video

Vanno distinti per il tipo di impianto:

Sia gli impianti solari termici che gli impianti fotovoltaici sono a volte installati su tetti.

Di conseguenza un primo gruppo di problemi da valutare, ed eventualmente contrastare, in entrambi i tipi di impianto sono:

FIXING

Il Sistema di fissaggio, per intero. La qualità rapportata agli anni di vita, considerando i fenomeni di fatica a cui sono soggetti gli accoppiamenti: evitare di ricorrere a sigillanti o guarnizioni che prima o poi “ci lasceranno” cercando soluzioni montaggio con tenuta “ad acqua”, in cui l’acqua scorra senz apoter entrare dai fori eventualmente praticati.

La solidità degli accoppiamenti alle strutture

• • studio delle sollecitazioni del vento, dando un occhiata alle NTC2018 molto ben studiate.
  • analisi della qualità strutturale, valutata mediante la lunga esperienza di anni di tetti visti, lavorati ed a volte smontati e rifatti.

Paesaggistica vincente o inutile?

I problemi di integrazione nel paesaggio, che risolviamo con la tencologia solrif e/o mediante ben argomentate richieste agli enti di competenza.

Poi per gli impianti fotovoltaici:

Hot-Spot

In poche parole?

Riscaldamento di alcune celle dovuto a correnti inverse, provocate da ombreggiamenti o eccessivo accumulo di calore causato da poco raffreddamento.

Meglio descritto dal sito : https://www.electroyou.it/

INTRODUZIONE

Comportamento di una cella fotovoltaica quando la stessa non è esposta alla luce del sole (ombreggiata). Tale fenomeno può portare al più conosciuto fenomeno di surriscaldamento chiamato “hot spot” di una cella fotovoltaica montata in serie con altre celle.

TEST IN LABORATORIO

Il test di laboratorio qua riportato è stato effettuato con l’ausilio di un alimentatore stabilizzato, un voltmetro ed un amperometro. Si è proceduto a polarizzare in modo diretto il diodo di cella iniettando corrente tra anodo e catodo, cioè dal positivo al negativo della cella. Successivamente, si è proceduto a invertire la polarità dell’alimentatore per generare tensione e corrente negativa. Durante la fase relativa alla polarizzazione diretta del diodo sono stati rilevati i seguenti dati :

 

Durante la fase di polarizzazione inversa del diodo di cella sono stati rilevati i seguenti dati :

 

Vr V	Ir mA	Pr (W)
0	0	0,00
-0,078	-0,99	0,00
-0,162	-2,05	0,00
-0,406	-5,30	0,00
-0,699	-10,00	0,00
-1,211	-20,15	0,02
-2,442	-51,10	0,12
-4,028	-100,20	0,40
-6,060	-204,00	1,24
-10,080	-507,00	5,11
-11,59	-1000,00	11,59

 

Confrontando l’andamento della tensione diretta e di quella inversa, si nota che la progressione rispetto alla corrente è molto diversa. Nel caso di polarizzazione diretta con una corrente Id = 1 A la tensione rilevata è pari a 0,693 V mentre nel caso di polarizzazione inversa, la tensione, a parità di intensità di corrente, è 11,59 V. Possiamo concludere che la cella polarizzata inversamente raggiunge una resistenza interna pari a 11,59 Ω (= 11,59 V / 1 A), e quindi una potenza di 11,59 Watt. Per effetto Joule, tale potenza si converte in calore il quale può portare la cella fotovoltaica a surriscaldarsi a tal punto da causare danni quali lo scioglimento delle saldature fino alla rottura della cella stessa.

SISTEMA IN SERIE

Ponendo il caso di voler mettere in serie alcune celle fotovoltaiche (moduli fotovoltaici), è possibile determinare gli effetti della polarizzazione inversa su una sola delle celle poste in serie. Polarizzazione diretta del sistema:

Il modulo (sistema) genera una corrente da 1 A ad una tensione di 12 V (sufficiente per ricaricare una batteria da auto da 12,1V). La tensione su ogni singola cella è di 0,5 V.

OMBREGGIAMENTO

Nel caso in cui una cella venisse completamente oscurata, la stessa si polarizzerebbe inversamente con resistenza pari a 11,59 Ω (con un tensione ai capi di 11,59 V). Secondo la legge di Kirchhoff alla maglia, la tensione totale di sistema risulta pari a 14 V con 11,59 V (Req = 11,59 Ω) ai capi della cella oscurata e la rimanente tensione (2,41 V) distribuita sulle rimanenti 13 celle (2,41 V / 13 = 0,185 V). La potenza ai capi della cella oscurata è di 11,59 W. Sotto, il circuito elettrico con la cella oscurata:

CONCLUSIONI

Concludendo, durante l’ombreggiamento di una cella posta in serie con altre celle fotovoltaiche, la cella ombreggiata assorbe potenza surriscaldandosi. Se tale fenomeno viene prorogato nel tempo si possono manifestare eventi quali lo scioglimento dei contatti fino alla rottura della cella stessa. I produttori di moduli fotovoltaici preservano la rottura causata dall’hot spot, utilizzando diodi, detti di by-pass, che, posti ai capi delle celle, forzano la tensione a quella nominale del diodo (0,7 V per i diodi in silicio e 0,2 per diodi Schottky), con conseguente abbassamento di potenza sul bipolo. Di seguito alcune immagini riguardanti il fenomeno dell’hot spot.

hot spot visto dal modulo

hot spot lato b

immagine da camera termica

PID

Il PID, Potential Induced Degradation, può impattare significativamente sulla produzione di energia prodotta da un impianto fotovoltaico e causare una perdita di potenza anche fino al 70%.

A cosa è dovuto?

Voltaggi alti degradano le celle.

IL PID è un effetto indesiderato molto critico che può verificarsi nei pannelli fotovoltaici. Andando nel dettaglio è un effetto che colpisce il potenziale dei moduli rispetto al suolo e che influisce sulla potenza del modulo riducendola in modo costante nel tempo.

Rappresenta un problema molto critico che si presenta alcuni mesi dopo l’installazione dell’impianto fotovoltaico e, rispetto ad altri difetti, non è visibile ad occhio nudo.

Le cause che portano alla creazione del PID sono diverse, tutte legate al tipo di impianto installato e all’ambiente d’installazione circostante.

• Alta tensione tra le celle fotovoltaiche e la superficie in vetro.
• Calore e umidità eccessiva.

Il contesto climatico e ambientale in cui viene installato l’impianto non può essere cambiato, quindi l’unica soluzione per prevenire l’effetto PID è progettare un impianto che si integri in modo ottimale all’ambiente in cui viene installato.

Come risolverlo?

La soluzione più immediata ed efficace per prevenire l’effetto PID è quello di installare un impianto fotovoltaico di qualità con resistenza PID incorporata.

In questo caso la scelta del vetro, l’incapsulamento e le barriere di diffusione hanno un ruolo fondamentale per prevenire questo effetto.

Per prevenire l’effetto PID è quindi indispensabile agire sia a livello di qualità di materiale utilizzati che di buona progettazione dell’impianto:

1. Produzione: utilizzare resina isolante per la parte posteriore della cella può ridurre le possibilità che si verifichi l’effetto PID.
2. Progettazione: non applicare alcun potenziale esterno elevato al modulo fotovoltaico.

LID

Effetto LID (Light Induced Degradation o Degradazione indotta dalla luce)[il seguente articolo deve la fonte ad AMARANZERO].

Cos’è il LID?

Questo fenomeno consiste in una perdita di potenza e quindi di efficienza, che si verifica nei moduli con celle al silicio. La diminuzione si crea durante i primi mesi di esposizione all’irradiazione solare e, fino ad oggi, non è stato scoperto come evitare completamente la sua comparsa. Questo degrado può portare a perdite fino al 10% della loro potenza iniziale.

Perché si verifica?

È prodotto principalmente dalla reazione del boro contro altri elementi chimici presenti nella cellula, come l’ossigeno, il ferro o il rame.

Potremmo pensare che eliminando o riducendo il boro nelle celle si risolva il problema, ma questo causerebbe una riduzione dell’efficienza del modulo. Pertanto, quando si produce la cella fotovoltaica, la quantità di boro deve essere bilanciata in modo ottimale, poiché si tratta di un drogante del silicio essenziale per la generazione di elettricità. L’azione di “drogare una cella” con il boro, è quella di arricchire il silicio con questo elemento, che gli dà la capacità di trasportare elettroni.

Se ci concentriamo su come è influenzato dall’ossigeno, per esempio, possiamo vedere che reagisce formando una struttura stabile che chiamiamo “complesso boro-ossigeno”. Quando avviene questa unione, il boro perde lo spazio necessario per permettere il flusso di elettroni all’interno della cella (chiamato “gap”), il che comporta una diminuzione delle prestazioni. Pertanto, l’incidenza di questo effetto sarà determinata dalla qualità della materia prima che ha il wafer di silicio.

Anche se sono stati fatti grandi progressi in questo senso, l’effetto LID rimane una priorità da affrontare nello sviluppo dei moduli. L’industria fotovoltaica continua a studiare questo fenomeno e a fare grandi sforzi per eliminare o limitare i difetti causati dal LID.

Come si contrasta?

• Dichiarazione di potenza superiore a quella effettiva, ossia tolleranza +0 + 5% permessa dalla legge a discrezione del produttore di moduli.
• Drogaggio di tipo N: impedisce l’interazione del boro nella cella. La conseguenza è che non ci sarà nessun calo di potenza dopo l’installazione. La potenza acquistata, quindi, è la potenza che i clienti ricevono durante la loro installazione.

Come viene rilevato il LID?

Non è un problema che possiamo rilevare ad occhio nudo. Il primo sintomo del fenomeno LID, a cui dobbiamo prestare attenzione, è un calo del rendimento dei pannelli. Attrezzature specializzate in elettroluminescenza permettono di eseguire una “radiografia del modulo” che rende visibili i difetti che sfuggono all’ispezione visiva. Durante questo processo, la corrente massima (Isc) viene iniettata nel modulo, facendogli emettere radiazioni a una frequenza visibile solo con filtri e telecamere speciali. Nelle misurazioni che facciamo, saremo in grado di vedere aree bianche, grigie e nere che indicano il danno che ha subito. Le aree con colori più scuri saranno quelle senza attività elettrica e quindi quelle che diminuiranno il rendimento del pannello.

 

Si verifica allo stesso modo in tutti i moduli?

Anche se questo effetto è qualcosa che accade in tutti i moduli, colpisce soprattutto il tipo monocristallino “p-type”. Questo perché l’ossigeno non può essere completamente rimosso durante il processo di fabbricazione. Una misura che evita quasi completamente il verificarsi di LID è l’uso di celle di tipo N. L’architettura di queste celle rende impossibile la combinazione di boro e ossigeno nello strato di massa della cella. Questo perché le celle di tipo N sono fatte praticamente “al contrario” di quelle di tipo p. Lo strato centrale non è drogato con boro, ma con fosforo. Poiché non c’è boro nello strato di massa della cella, non si possono formare complessi boro-ossigeno.

Le celle di silicio di tipo N di alta qualità utilizzate da alcuni produttori, confermano di ridurre drasticamente il LID o il degrado indotto dalla luce, il che significa che sono in grado di superare, in termini di rendimento, tutti i comuni tipi pannelli che utilizzano le celle di tipo P standard. Tutte le celle solari si degradano lentamente nel tempo, con un tasso di degradazione standard compreso tra lo 0,6% e lo 0,8% all’anno, che si traduce in una produzione di circa l’80% dopo 25 anni. Invece, le celle di silicio di tipo N hanno un tasso di degradazione molto basso, inferiore allo 0,5% all’anno. Ciò significa che dopo 25 anni è garantito che i pannelli N-peak mantengano ancora l’86% della potenza nominale originale. Eesistono poi celle di tipo N HJT con garanzia di 25 anni con un’incredibile potenza trattenuta del 92% anche dopo 25 anni. Questo è un dato da legare all’affidabilità storicamente dimostrata dal produttore, e fornito anche da reseller che rimarchiano e rivendono le installazioni a terzi, scaricando ogni responsabilità in merito, quindi attenzione ai famigerati colossi.

LeTID

La sigla LeTID (Light and Elevated Temperature Induced Degradation) descrive un fenomeno che causa la perdita di prestazioni dei moduli fotovoltaici in determinate circostanze. Mentre il LID è noto da quasi 50 anni, la sua variante LeTID è stata scoperta solo nel 2012 con l’emergere di un nuovo tipo di cella chiamata PERC.

Cos’è il LeTID?

Si manifesta attraverso una perdita di potenza nei moduli di silicio a causa dell’esposizione alla luce del sole, come vi abbiamo già detto nel nostro articolo sull’effetto LID. Fin qui entrambi i fenomeni sono gli stessi: la differenza principale tra LID e LeTID è che quest’ultimo appare ad alte temperature d’esercizio, sopra i 50ºC, mentre LID si nota a basse temperature.

A parte questo aspetto marginale, il fattore che differenzia il LeTID dal LID sono i suoi lunghi tempi di recupero. Mentre la stabilizzazione del modulo in caso di LID avviene durante i primi due anni, la rigenerazione in caso di LeTID è così lenta che colpisce una gran parte della vita del modulo, mettendo in serio pericolo la redditività economica. Il LeTID è stato inizialmente rilevato soprattutto nelle celle PERC in silicio policristallino. Ma non si è fermata qui: più tardi, il LeTID è stato riportato anche in celle PERC monocristalline e persino in celle di tipo N.

Perché si verifica?

La ricerca attuale indica un sospetto principale: l’idrogeno. Nella fabbricazione della cella, gli atomi di idrogeno si diffondono da altri strati della cella nello strato intermedio. Anche se i processi specifici all’interno della cella sono attualmente in fase di analisi, sembra abbastanza probabile che più alte sono le temperature di lavorazione più idrogeno si diffonde attraverso la cella.

Come viene rilevato il LeTID?

Il LeTID non è visibile senza i contatori appropriati. Come per quasi tutti i guasti viene rilevato da un calo anomalo delle prestazioni del pannello. Dopo aver escluso altre fonti più facilmente visibili, come gli hot-spot o la delaminazione, è necessario usare un’attrezzatura speciale di elettroluminescenza per diagnosticare il danno LeTID, una procedura identica alla diagnosi di LID, microfratture e altri difetti.

L’elettroluminescenza è una “radiografia del modulo” che rende visibili i difetti invisibili all’occhio umano. Durante questo processo, la corrente massima (Isc) viene iniettata nel modulo, facendolo brillare ed emettere radiazioni ad una frequenza visibile solo con filtri e telecamere speciali.

Come evitare gli effetti del LeTID?

I laboratori e i produttori stanno lavorando duramente per identificare le cause del LeTID, sviluppare procedure di test per l’ispezione dei moduli e adattare e ottimizzare i processi di produzione per ottenere moduli con il minor rischio di LeTID. TÜV Rheinland ha già sviluppato una propria procedura per determinare il LeTID.

Le prime misure proposte nel processo di produzione delle celle PERC che possono ridurre il LeTID sono:

• Utilizzare materie prime a basso contenuto di idrogeno.
• Temperature di lavorazione delle celle più basse
• Usare cialde più sottili.
• Utilizzare retrostrati delle celle in rame (vedi Maxeon) o alluminio (vedasi Q,antum)

Il desiderio di superare il LeTID è così grande che alcuni produttori stanno già certificando i loro moduli in laboratorio, con procedure che non sono ancora finite. Resta di fatto che per il momento, e finché non si conosceranno con totale chiarezza le ragioni del LeTID, non c’è molto che un utilizzatore possa fare per minimizzarne gli effetti.

Delaminazione

Cos’è la delaminazione?

Chiamiamo “delaminazione” il fenomeno della perdita di adesione dei diversi strati che compongono un modulo fotovoltaico. Questo difetto può manifestarsi in una fase molto precoce, anche subito dopo l’installazione del modulo, e aggravarsi per tutta la vita del modulo. In questa immagine, possiamo apprezzare l’impatto della delaminazione sulle prestazioni di un modulo per tutta la sua vita utile (zona blu).

Perché si verifica?

Un modulo fotovoltaico è costituito da diversi strati. Questi vengono uniti creando un vuoto durante il processo di produzione per cercare di eliminare l’aria e l’umidità residue.

Diversi strati possono perdere adesione se vengono utilizzati materiali di scarsa qualità e / o processi produttivi inadeguati. In questo modo, sarà molto importante garantire la qualità dell’EVA e del backsheet, tra gli altri. Qui possiamo vedere i diversi strati che compongono un modulo fotovoltaico.

Come ha origine la delaminazione?

Possiamo rilevare la delaminazione a partire da una semplice ispezione visiva del modulo. Ci sono cambiamenti nel colore del modulo, macchie lattiginose sulla parte anteriore del modulo e / o formazione di bolle sul retro. Questo fenomeno può avere origine nei processi produttivi del modulo quando gli strati di cui è composto non sono laminati correttamente. Questo può accadere, quando gli strati non rimangono abbastanza a lungo nel cosiddetto “laminatore”, un macchinario incaricato di far aderire vetro, EVA, celle e backsheet.

Un’altra causa è l’uso di materiali di scarsa qualità. Soprattutto EVA e backsheet tendono a perdere la loro capacità di adesione. Se prendiamo in considerazione anche l’esposizione permanente a fattori climatici come temperatura, umidità e irradiazione UVA, i moduli di bassa qualità possono iniziare a delaminare subito dopo l’installazione.

Essa può anche essere generata da danni subiti nel trasporto e nell’installazione ma questo è un fenomeno riservato ad incidenti in cui non si rompe il modulo ma si delamina: un fenomeno assai raro.

In che modo la delaminazione influisce sul modulo?

Quando le delaminazioni sono lontane dal bordo del modulo, influiscono negativamente sulle prestazioni, ma non sono necessariamente un problema di sicurezza. Tuttavia, queste delaminazioni possono estendersi e raggiungere il bordo del modulo. In questo modo può venire a contatto con l’ambiente favorendo l’ingresso di aria e umidità, che provocherà corrosione e distruzione irreversibile del modulo, compromettendo l’integrità dell’impianto.

Come evitare la delaminazione?

Per prevenire la comparsa degli effetti della delaminazione, si consiglia di:

• acquistare materiale da marchi noti e collaudati, con processi di produzione certificati e trasparenti
• assicurare il trasporto per lavorare con le massime precauzioni. I moduli sono attrezzature delicate e devono essere pallettizzati e senza peso, per citare due condizioni di trasporto fondamentali
• maneggiare il modulo con cura durante l’installazione del materiale
• seguire rigorosamente le istruzioni di montaggio del produttore
• monitorare costantemente i dati di produzione dell’impianto ed effettuare un’ispezione visiva almeno una volta all’anno

Con le dovute precauzioni e gli interventi più opportuni la delaminazione può essere combattuta efficacemente. Vale la pena fare tutto il lavoro di prevenzione dei rischi. Il costo della riparazione dei difetti cresce in modo esponenziale quanto più tardi vengono scoperti. Questo conferma che ogni centesimo in più investito in qualità dei materiali, installazione e monitoraggio contribuisce ad incrementare la redditività economica dell’impianto.

Raffreddamento inverter e batterie

Innalzamenti di tensione

Robustezza della linea elettrica di accoppiamento

Evitare inefficienze di conversione

evitare inutili accumuli elettrici massimizzando l’autoconsumo anche mediante stagionalizzazione della produzione nei momenti utili

Invece per gli impianti solari termici:

Overheating

E’ un vantaggio o un porblema?

La spiegazione è molto lunga, approfondiremo il tema in seguito

Stagnazione

l’overheating si contrasta, ma ciò non deve avvenire mediante la stagnazione! Essa è il sistema proposto da chi pone impianti con bassa inclinazione o poca acqua di accumulo.

perchè avviene?

E’ dovuto all’insufficienza dello smaltimento del calore estivo che veicolano i pannelli al bollitore!

cosa comporta?

degrado dei collettori solari dovuto alla filmazione del glicole sulle loro parti + calde e quindi + importanti ai fini di produzione del calore. Processo di cracking del glicole.

come evitarla?

• inclinando maggiormente i pannelli volgendo la produzione verso la stagione invernale
• eliminando il glicole dove possibile tramite programma anctigielo della cetrnalina ed ups fotovoltaico
• elevando la quantità di acqua di accumulo nel progetto dell’impianto.

Correnti Galvaniche

Anodi sacrificali ed anodi elettronici vanno manutenuti negli anni

Scottature o lavastoviglie non a costo zero?

Sarebbe bene porre doppi circuiti idraulici, uno della calda, lalttro della caldissima

Qualità isolamento

E’ bene porre secondi isolamenti sui bollitori al fine di eliminare effetti di condensazione che ossidano i vari componenti di cui è composto l’impianto.