CARATTERISTICHE INNOVATIVE ED ESCLUSIVE DEL MODULO DAY4 MC60 I, Intelligence:
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- Stefania Valentini
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1 CARATTERISTICHE INNOVATIVE ED ESCLUSIVE DEL MODULO DAY4 MC60 I, Intelligence: ELECTRODE: trasferisce al modulo più elettricità rispetto alle celle tradizionali Le celle Day4 non hanno i bus- bar: infatti su ogni singola cella fotovoltaica, in fase di produzione, viene posizionata una griglia di circa 40 conduttori. I conduttori sono inseriti in una pellicola polimerica particolare che consente la protezione di ogni singola cella fotovoltaica. I conduttori, al contrario dei bus- bar, creano oltre 2100 contatti elettrici indipendenti su ogni singola cella. Vantaggi dovuti all assenza dei bus- bar: La cella non è sottoposta a stress termico e meccanico, a cui viene invece sottoposta quando vengono saldati i bus- bar, questo garantisce alla cella anche una maggior durata nel tempo. La cella non è ombreggiata dai bus- bar. Alta efficienza anche in condizione di luce scarsa: infatti l assenza dei bus- bar consente di mantenere una resistenza inversa elevata. Anche in caso di microfrattura della cella i conduttori continuano a raccogliere e condurre elettroni. Ad esempio i test qui allegati sono stati fatti verificando l impatto con frattura della cella: si vede che anche dopo un secondo impatto la potenza resta quasi invariata. 1
2 La maggiore energia prodotta da un modulo fotovoltaico Day4Energy rispetto a un modulo tradizionale, dovuta esclusivamente alla presenza dell ELECTRODE, è stata misurata, durante tre anni di osservazione, e corrisponde al 5-7% rispetto ad altri moduli (dati aggiornati riferiti a queste misure sono disponibili presso europe@day4energy.com). QUANTO INCIDE IL NOCT Il modulo fotovoltaico viene collaudato e classificato in base alla potenza che è misurata facendo riferimento ad un irradiamento di 1000W /m 2 e una temperatura del modulo e delle celle di 25 C. Queste sono le condizioni di test standard, STC. Il modulo esposto al sole ha una temperatura misurata alla cella che è, nella quasi totalità delle applicazioni, molto più elevata di 25 C. Grazie a misurazioni ormai consolidate è possibile considerare come riferimento una temperatura media della cella (tra Marzo e Settembre nei paesi del centro- sud Europa) di circa 65 C, quando il pannello è in produzione. In quasi tutte le regioni del Sud Italia e in Grecia la temperatura è ancora più elevata: tipicamente di 75. La potenza effettiva di un modulo fotovoltaico policristallino (indipendentemente dal costruttore) decresce con l aumento della temperatura dello 0.44% per ogni grado centigrado. Un test indicativo della temperatura raggiunta dalla cella in condizioni di funzionamento è indicato in molti dei moduli in commercio come NOCT, acronimo di Normal Operating Cell Temperature. In realtà, le condizioni ambientali prese in considerazione per questo tipo di test sono lontane dalle condizioni comuni in Italia, infatti il NOCT è misurato con irradiamento di 800W/m 2 e temperatura esterna di 20 C, il modulo è libero ed esposto ad una brezza di 1m/s. In più il modulo, al momento del test, è scollegato e quindi la produzione termica dovuta al transito della corrente è nulla. E evidente che queste condizioni possono essere analoghe a condizioni di funzionamento in un luogo come la Germania, con sole parzialmente velato, temperatura molto fresca e aria intorno al pannello. Nulla hanno a che vedere con installazioni su tetto in Italia, dove sul retro del modulo non arriva vento e la temperatura dell aria è sempre di gran lunga superiore ai 20 C: anche in inverno con il sole, sul retro di un pannello si registrano temperature più elevate, senza considerare il calore prodotto dal funzionamento. Si può affermare che la temperatura media di funzionamento delle celle in Italia sia di almeno 65 C. Come si determina il decadimento in termini di efficienza è presto detto: 2
3 Per semplicità paragoniamo due moduli con NOCT di 47 C e di 42 C. Entrambi siano moduli a 250Wp quindi con potenza a STC = 250W (la potenza di targa del modulo viene definita con la temperatura delle celle a 25 C). Nel nostro esempio, nelle condizioni operative del NOCT, la temperatura delle celle dei due moduli si differenzia di 5 C. Se quindi si misura la temperatura delle celle in condizioni reali di funzionamento, riferite per esempio all Italia, la temperatura media andrà ad essere a 65, quindi 40 gradi sopra STC. A questo punto è lecito attendersi, ed in effetti le misure di energia prodotta lo confermano, che si crei una differenza di temperatura di 10 o più. Pertanto, considerando che la perdita di potenza dovuta all incremento della temperatura per il silicio policristallino è di 0.44% per grado, si avrà una perdita di potenza nel modulo a NOCT più elevato di almeno 4% (10 x 0.4%/ = 4%). Lo stesso processo di calcolo si applica anche con installazioni in Italia Centrale e Meridionale, dove invece la temperatura media della fascia produttiva risulta essere di circa 75. A quella temperatura il delta di riscaldamento delle celle è di 12.5 che corrispondono a circa il 7% dell efficienza. In effetti ormai diversi anni di rilevamenti confermano questi dati, quindi 10 in più, causano un delta di produzione di energia di circa il 5%. 3
4 Tolleranza del NOCT: Il processo produttivo Day4Energy consente di ridurre la tolleranza nella misura del NOCT poichè la cella viene laminata e poi testata prima della costruzione del pannello, e quindi il sorting è fatto a cella laminata praticamente annullando la dispersione di valore dei parametri produttivi al pannello, e ciò è possibile solo con tecnologia Day4. Maggior durata e resistenza del modulo fotovoltaico, effetto PID (Potential Induced Degradation) Vi è un fattore ambientale che aumenta in maniera considerevole la rapidità di invecchiamento del modulo: la presenza di umidità, sale marino trasportato dall aria, o di ammoniaca prodotta da serre o da animali (fattorie e stalle). Questi agenti hanno un effetto deteriorante sulla cella fotovoltaica perché la loro presenza provoca la corrosione dei conduttori posti sulla superficie della cella fotovoltaica (i fingers) e 4
5 quindi col tempo la cella non è più in grado di fare uscire la corrente. Questo fenomeno è noto a tutti i produttori di moduli fotovoltaici, e per prevenirlo ogni modulo ha sul lato posteriore un foglio di isolante che deve prevenire l ingresso di umidità, sale o ammoniaca. Tuttavia le tipologie dei fogli isolanti posteriori (Back- Sheet) variano in termini di qualità e di costo tra un produttore e l altro. Ogni pannello Day4 ha un back- sheet particolare a 7 strati (non a 2 o 3 come nei pannelli tradizionali) di cui uno in alluminio adatto, per la elevatissima impermeabilità, alla protezione delle celle e dei fingers dagli agenti atmosferici o dalla presenza di aria marina o dall ammoniaca causata dalla vicinanza di serre o fattorie. Vantaggi dovuti ad un back- sheet a più strati con foglio di alluminio: Maggiore potenza elettrica prodotta nel tempo e lunga durata delle celle. Impedisce all umidità di penetrare nel modulo ossidando i contatti tra i fingers e i bus- bar. Protezione ottimale nelle regioni costiere e negli ambienti più aggressivi come serre e fattorie. Affidabilità e protezione da raggi ultravioletti che deteriorano il back- sheet, resistenza a temperature estreme e corrosione ambientale (vedi esempio sotto). La tecnologia di incapsulamento riduce la sollecitazione termica alla cella. Esempio: I raggi ultravioletti fanno ingiallire i back- sheet di scarsa qualità. Il back- sheet così si deteriora e lascia filtrare all interno del pannello l umidità. L umidità fa reazione con il trattamento superficiale della cella e da origine ad un acido che corrode i fingers. La corrosione dei fingers provoca la perdita di potenza del modulo. Backsheet ingiallitto PID 5
6 Uno dei fattori di decrescita della potenza estraibile da un modulo fotovoltaico è il degradamento dovuto al potenziale indotto nel modulo fotovoltaico. Sebbene non vi siano studi analitici in grado di spiegare questo fattore nel dettaglio, è noto che questo fattore dipende fondamentalmente da due contributi: l effetto condensatore che si ha tra le tensioni presenti tra cella e superficie esterna del modulo (vetro e cornice) e le correnti disperse che il modulo ha quando il materiale isolante degrada col tempo. Quest ultimo è quello che preoccupa di più essendo un fenomeno progressivo e molto più importante del primo. Il primo fattore, capacitivo è grandemente ridotto nel modulo Day4 per il fatto che il modulo Day4 è a doppia laminazione: lo spessore esistente tra la cella e la superficie esterna è uno tra i più elevati. Il secondo fattore è praticamente annullato dalla nostra tecnologia: nel modulo Day4 non è presente l EVA (acetato vinil- etilenico), ogni cella è laminata singolarmente e in seguito viene laminato il modulo. Inoltre il back- sheet è uno tra i più impermeabili. E ormai noto, grazie a studi effettuati in alcune università, che la presenza di umidità, non evitabile con back- sheet tradizionali, porta col tempo (6-8 anni) alla degradazione dell EVA che diviene una sostanza tendente all acido(viraggio Acido). Quest ultima aumenta le correnti disperse, che sono la principale causa del PID, ma soprattutto riduce la resistenza dei fingers e quindi la capacità del modulo di produrre energia. In questa foto, eseguita ai raggi infrarossi, è visibile un modulo in cui l ossidazione dei fingers ha fatto perdere la capacità di raccogliere energia: le parti in chiaro funzionano, mentre quelle più scure non emettono energia. I risultati effettuati da laboratori indipendenti confermano che il modulo Day4 è immune da PID (per maggiori informazioni contattare italia@day4energy.com). TPO NON EVA La pellicola polimerica TPO ha un punto di fusione superiore a quello dell EVA e questo le permette di rimanere elastica anche al raggiungimento di alte temperature. Questo protegge il pannello anche se esposto ad alte temperature, come quelle raggiunte in ambienti desertici o in applicazioni a concentrazione. 6
7 Inoltre è stato dimostrato che l EVA col tempo si deteriora e diventa un conduttore, mentre il TPO è un materiale molto più duraturo e mantiene per anni le sue proprietà di incapsulante. 7
8 SNAKE TRAILS- BAVE DI LUMACA La presenza del TPO e del back- sheet con foglio di alluminio previene un altro tipo di degradazione noto come Snake Trail. Quest ultimo è dovuto ad una differente densità del contatto presente tra la superficie della cella e l isolante. Sebbene inizialmente questo effetto si riveli solo come una differente colorazione del modulo, come dalla foto a fianco, col tempo l energia prodotta dal modulo decresce e alcuni dei moduli affetti da questo problema delaminano, diventando inutilizzabili. Nella foto è evidente anche l inizio dell ossidazione dei fingers che si estende anche ai bus- bar. Anche questo potenziale rischio è annullato dalla presenza di TPO al posto dell EVA, infatti il TPO ha una consistenza meccanica elastica anche dopo molti anni di esposizione al sole e rimane molto più aderente alla cella. Nei moduli tradizionali si è sostituito il TPO con l EVA per ragioni economiche. Ogni pannello fotovoltaico durante il funzionamento in ambiente reale è soggetto alla presenza di sporco, di foglie o di parziale ombreggiamento della parete frontale. Protezione intelligente dall ombra: Guardian Technology Questo elemento di disturbo causa certamente la mancanza di produzione di energia, ma può persino causare la rottura della cella. Infatti mentre tutti i pannelli della stessa stringa continuano a produrre 8
9 energia, uno o una parte di questi pannelli rimane in ombra. Per evitare che la corrente inversa, che in questi casi si produce nelle celle parzialmente ombreggiate, possa causare la rottura delle stesse (fenomeno detto Hot Spot) ogni produttore inserisce dei diodi di By- Pass che isolano la parte del pannello soggetta ad ombreggiamento. Normalmente a questo scopo vi sono tre diodi di By- pass per ogni pannello, ma grazie alla tecnologia Day4 è stato possibile inserire ben 9 diodi di By- Pass. Tecnologia Guardian: con 9 diodi di By- Pass si costituiscono altrettanti segmenti operativi, se uno va in ombra gli altri 8 continuano a produrre. Tecnologia tradizionale: con 3 diodi di By- Pass si hanno solo 3 segmenti operativi, se 1 va in ombra solo 2 continuano a funzionare, se la parte finale del pannello si sporca il modulo smette di produrre. 9
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