Batterie/ pannelli fotovoltaici
Salve,
Stavo studiando per un esame che comprende diverse cose una di queste sono i pannelli fotovoltaici. Si accennava al fenomeno del mismatching che accade quando una cella del pannello è rotta o è in ombra, potete spiegarmelo brevemente?
Un'altra perplessità sulle batterie che vengono usate, queste devono essere alimentate a tensione costante o a corrente costante?
Grazie
Stavo studiando per un esame che comprende diverse cose una di queste sono i pannelli fotovoltaici. Si accennava al fenomeno del mismatching che accade quando una cella del pannello è rotta o è in ombra, potete spiegarmelo brevemente?
Un'altra perplessità sulle batterie che vengono usate, queste devono essere alimentate a tensione costante o a corrente costante?
Grazie
Risposte
Non so quale sia il tuo livello di conoscenze in materia, quindi non so a con che livello di dettaglio rispondere. Penso comunque, che questo potrebbe esserti utile, per avere una descrizione generale del fenomeno, senza però fare nessun calcolo.
"Il Mismatch è un fenomeno praticamente sempre presente in tutti gli impianti fotovoltaici.
E' però l'entita del fenomeno che ne stabilisce l'importanza e la necessità di intervento.
Per comprendere il fenomeno bisogna però fare una digressione sulla metodologia di assemblamento dei moduli fotovoltaici a partire dalle celle fotovoltaiche e sulla progettazione degli impianti fotovoltaici.
I moduli fotovoltaici possono essere usati sia singolarmente sia collegati tra loro in serie e in parallelo, così da formare dei pannelli, delle stringhe e dei campi fotovoltaici.
Più moduli vengono collegati a formare un pannello, più pannelli vengono collegati in serie a formare una stringa al fine di raggiungere la tensione nominale necessaria, affinchè lo specifico inverter possa esservi connesso. Più stringhe sono collegate tra loro in parallelo, fino a raggiungere la potenza che si desidera installare nell’intero campo fotovoltaico, costituito da tutti i moduli e tutte le loro strutture e connessioni, che fanno capo ad un singolo impianto.
Tale interconnesione dei moduli porta con se possibili anomalie.
Considerando infatti il funzionamento elettrico della serie di celle, si nota che, nel caso una cella venisse oscurata, quest’ultima cesserebbe di comportarsi da generatore, funzionando, invece, come un diodo polarizzato inversamente. Questo comporterebbe il blocco della corrente generata, azzerando cosi l’energia prodotta da tutta la catena, ossia dal modulo. Nel caso in cui una delle celle sia solo parzialmente oscurata, la corrente che attraversa il modulo è pari a quella che tale cella produrrebbe se presa singolarmente. E’ importante fare in modo che, durante il loro funzionamento, i moduli fotovoltaici siano ombreggiati il meno possibile, anche se solo parzialmente. Ogni singolo modulo si comporta come se tutte le celle che lo compongono ricevessero una quantità di radiazione solare, pari a quella captata dalla cella meno esposta; questo si tradurrebbe in una riduzione dell’energia prodotta proporzionale alla percentuale di superficie ombreggiata. Per questo stesso motivo, se moduli con caratteristiche diverse sono connessi in serie (fenomeno del Mismatching dei moduli), la resa dell’intera serie di moduli sarà limitata dal comportamento di quello a prestazione più bassa.
Per ovviare a questi problemi, i moduli commerciali hanno montato, nella morsettiera della cassetta di terminazione, dei diodi proprio allo scopo di cortocircuitare, e quindi di isolare, il singolo modulo in caso di malfunzionamento. Un diodo può essere inserito in parallelo ai moduli, per consentire il passaggio della corrente proveniente dall’esterno, nel caso in cui il modulo sia contropolarizzato. Tale diodo è detto diodo di by-pass, perché permette il passaggio di una corrente che, nel caso di contropolarizzazione, sarebbe bloccata dalla cella, evitando la formazione di punti Hot-Spot.
L’utilizzo dei diodi di by-pass riduce, inoltre, il problema del mismatch nelle serie di celle; il termine mismatch indica la disomogeneità nelle caratteristiche delle celle fotovoltaiche le quali, sebbene provengano dallo stesso processo di fabbricazione, sono leggermente differenti tra loro. Le differenze possono localizzarsi nelle piste di metallizzazione dei contatti, nella densità dello strato protettivo, nelle resistenze dei cavi di collegamento e dei contatti.
Questa disomogeneità tra le caratteristiche delle celle crea un effetto riduttivo, dal quale scaturisce che la potenza disponibile ai capi di un modulo fotovoltaico non coincide con la somma delle potenze delle singole celle, ma la corrente è limitata dalla cella a prestazione minori.
Un ulteriore diodo è collegato in serie alla stringa, in modo tale che la corrente generata dalle celle per effetto fotovoltaico sia anche la corrente diretta del diodo stesso. Esso prende il nome di diodo di blocco, poiché blocca la corrente con verso opposto a quella generata, che causerebbe un funzionamento delle celle non più come generatore ma come carico. Il problema di questo collegamento risulta essere la caduta di tensione sul diodo di blocco con conseguente riduzione della potenza utile. La sua tensione inversa di rottura (tensione di break-down) deve essere maggiore della tensione inversa cui può venir sottoposto.
Una corretta pianficazione dell'impianto in fase di installazione, con l'analisi e suddivisione dei moduli con caratteristiche elettriche similari a fronte dei singoli FLASH-REPORT, riduce in modo sensibile il precedente fenomeno di mismatching con un conseguente aumento della produttività dei sottocampi costituenti l'impianto che può raggiungere vari punti percentuale.
Il mismatch può essere correlato anche all'invecchiamento differenziale dei moduli che, con l'andare degli anni, possono manifestare significative discrepanze (diversi punti percentuale) nelle caratteristiche elettriche.
Per tale motivo, a seguito di un analisi di dettaglio svolta nel corso di una manutenzione straordinaria, si può pensare anche alla ridistribuzione dei moduli installati con la riconfigurazione di stringhe costituite da moduli tra loro omogenei precedentemente distribuiti su più stringhe.
Si pensi infatti al caso, statisticamente tutt'altro che improbabile, in cui uno o più moduli per stringa presentino caratteristiche elettriche nettamente inferiori agli altri moduli in serie. In tal caso tutte le stringhe coinvolte dal fenomeno soffrirebbero di una riduzione della produttività limitata dal modulo più deficitario.
La riconfigurazione delle stringhe, con lo spostamento del modulo difettoso o sottoperformante su apposite stringhe omogenee, può incrementare così semplicemnte la produzione di un intero campo fotovoltaico anche di acluni punti percentuale con uno sforzo tutto sommato limitato."
"Il Mismatch è un fenomeno praticamente sempre presente in tutti gli impianti fotovoltaici.
E' però l'entita del fenomeno che ne stabilisce l'importanza e la necessità di intervento.
Per comprendere il fenomeno bisogna però fare una digressione sulla metodologia di assemblamento dei moduli fotovoltaici a partire dalle celle fotovoltaiche e sulla progettazione degli impianti fotovoltaici.
I moduli fotovoltaici possono essere usati sia singolarmente sia collegati tra loro in serie e in parallelo, così da formare dei pannelli, delle stringhe e dei campi fotovoltaici.
Più moduli vengono collegati a formare un pannello, più pannelli vengono collegati in serie a formare una stringa al fine di raggiungere la tensione nominale necessaria, affinchè lo specifico inverter possa esservi connesso. Più stringhe sono collegate tra loro in parallelo, fino a raggiungere la potenza che si desidera installare nell’intero campo fotovoltaico, costituito da tutti i moduli e tutte le loro strutture e connessioni, che fanno capo ad un singolo impianto.
Tale interconnesione dei moduli porta con se possibili anomalie.
Considerando infatti il funzionamento elettrico della serie di celle, si nota che, nel caso una cella venisse oscurata, quest’ultima cesserebbe di comportarsi da generatore, funzionando, invece, come un diodo polarizzato inversamente. Questo comporterebbe il blocco della corrente generata, azzerando cosi l’energia prodotta da tutta la catena, ossia dal modulo. Nel caso in cui una delle celle sia solo parzialmente oscurata, la corrente che attraversa il modulo è pari a quella che tale cella produrrebbe se presa singolarmente. E’ importante fare in modo che, durante il loro funzionamento, i moduli fotovoltaici siano ombreggiati il meno possibile, anche se solo parzialmente. Ogni singolo modulo si comporta come se tutte le celle che lo compongono ricevessero una quantità di radiazione solare, pari a quella captata dalla cella meno esposta; questo si tradurrebbe in una riduzione dell’energia prodotta proporzionale alla percentuale di superficie ombreggiata. Per questo stesso motivo, se moduli con caratteristiche diverse sono connessi in serie (fenomeno del Mismatching dei moduli), la resa dell’intera serie di moduli sarà limitata dal comportamento di quello a prestazione più bassa.
Per ovviare a questi problemi, i moduli commerciali hanno montato, nella morsettiera della cassetta di terminazione, dei diodi proprio allo scopo di cortocircuitare, e quindi di isolare, il singolo modulo in caso di malfunzionamento. Un diodo può essere inserito in parallelo ai moduli, per consentire il passaggio della corrente proveniente dall’esterno, nel caso in cui il modulo sia contropolarizzato. Tale diodo è detto diodo di by-pass, perché permette il passaggio di una corrente che, nel caso di contropolarizzazione, sarebbe bloccata dalla cella, evitando la formazione di punti Hot-Spot.
L’utilizzo dei diodi di by-pass riduce, inoltre, il problema del mismatch nelle serie di celle; il termine mismatch indica la disomogeneità nelle caratteristiche delle celle fotovoltaiche le quali, sebbene provengano dallo stesso processo di fabbricazione, sono leggermente differenti tra loro. Le differenze possono localizzarsi nelle piste di metallizzazione dei contatti, nella densità dello strato protettivo, nelle resistenze dei cavi di collegamento e dei contatti.
Questa disomogeneità tra le caratteristiche delle celle crea un effetto riduttivo, dal quale scaturisce che la potenza disponibile ai capi di un modulo fotovoltaico non coincide con la somma delle potenze delle singole celle, ma la corrente è limitata dalla cella a prestazione minori.
Un ulteriore diodo è collegato in serie alla stringa, in modo tale che la corrente generata dalle celle per effetto fotovoltaico sia anche la corrente diretta del diodo stesso. Esso prende il nome di diodo di blocco, poiché blocca la corrente con verso opposto a quella generata, che causerebbe un funzionamento delle celle non più come generatore ma come carico. Il problema di questo collegamento risulta essere la caduta di tensione sul diodo di blocco con conseguente riduzione della potenza utile. La sua tensione inversa di rottura (tensione di break-down) deve essere maggiore della tensione inversa cui può venir sottoposto.
Una corretta pianficazione dell'impianto in fase di installazione, con l'analisi e suddivisione dei moduli con caratteristiche elettriche similari a fronte dei singoli FLASH-REPORT, riduce in modo sensibile il precedente fenomeno di mismatching con un conseguente aumento della produttività dei sottocampi costituenti l'impianto che può raggiungere vari punti percentuale.
Il mismatch può essere correlato anche all'invecchiamento differenziale dei moduli che, con l'andare degli anni, possono manifestare significative discrepanze (diversi punti percentuale) nelle caratteristiche elettriche.
Per tale motivo, a seguito di un analisi di dettaglio svolta nel corso di una manutenzione straordinaria, si può pensare anche alla ridistribuzione dei moduli installati con la riconfigurazione di stringhe costituite da moduli tra loro omogenei precedentemente distribuiti su più stringhe.
Si pensi infatti al caso, statisticamente tutt'altro che improbabile, in cui uno o più moduli per stringa presentino caratteristiche elettriche nettamente inferiori agli altri moduli in serie. In tal caso tutte le stringhe coinvolte dal fenomeno soffrirebbero di una riduzione della produttività limitata dal modulo più deficitario.
La riconfigurazione delle stringhe, con lo spostamento del modulo difettoso o sottoperformante su apposite stringhe omogenee, può incrementare così semplicemnte la produzione di un intero campo fotovoltaico anche di acluni punti percentuale con uno sforzo tutto sommato limitato."
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