Ele$ronica di potenza a livello moduli: strumento fondamentale per un O&M efficiente e reddi:zio

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1 O&M DAY: Come massimizzare il rendimento negli inves:men: fotovoltaici Roma 2014 Ele$ronica di potenza a livello moduli: strumento fondamentale per un O&M efficiente e reddi:zio Chris'an Carraro General Manager EMEA

2 Programma 1. Presentazione dell'azienda del relatore 2. Principali problemi durante l'a8vità O&M: mismatch a livello di modulo e stringa, visibilità limitata, operaavità ridoba dell'impianto, cosa 3. I vantaggi concrea dell elebronica di potenza 4. Soluzione disponibile per il retrofit di un impianto esistente 5. RequisiA: facilità di installazione, flessibilità, compaabilità con i componena esistena, bancabilità e sicurezza 6. Business case e impabo del retrofit di un impianto FV da 1 MW

3 Presentazione dell'azienda del relatore

4 Profilo aziendale 1. Fondata nel Sede centrale nella Silicon Valley, in California 3. 80% di quote del mercato Smart Module 4. L'unica azienda di componena di elebronica di potenza a livello di modulo ad aver obenuto la bancabilità 5. Solidità finanziaria breve8 registraa, di cui 16 concessi Sede centrale di Tigo Energy, Los Gatos, CA "Guidare la rivoluzione Smart Module per un se$ore fotovoltaico più sicuro e producvo". Mission di Tigo Energy, 2007

5 Sedi di Tigo Energy nel mondo San Jose, CA Sede centrale Genova Sede Europa Shanghai, Cina Sede regionale Shenzhen, Cina Sedi centrali e regionali Sede di produzione

6 Principali problemi durante l'attività O&M: mismatch a livello di modulo e stringa, visibilità limitata, operatività ridotta dell'impianto, costi

7 Mismatch a livello di modulo e stringa Scenario tradizionale: V Stringa1 = Σ (V fv1..v fvn ) = somma delle tensioni di tu8 i moduli I Stringa1 = min {I fv1,i fv2,,i fvn } = corrente modulo più bassa P Stringa1 = V Stringa1 * I Stringa1 = tensione di stringa molaplicata per la corrente più bassa FV1 FV2 FV3 FV4 FV5 FV6 FV7 FV8 FV9 FV10 FV11 Stringa 1 FV1 FV2 FV3 FV4 FV5 FV6 FV7 FV8 FV9 FV10 FV11 Stringa 2 Scenario ocmizzato: P stringa2 = Σ (V fv1 * I fv1, V fv2 * I fv2, V fvn * I fvn ) = somma della potenza di tu8 i moduli

8 Mismatch di fabbricazione Mismatch per ombreggiamento Mismatch di irraggiamento (nuvole, luce riflessa e sporcizia) Mismatch termico Mismatch per degradazione indoba Diodi ro8 da potenziale (PID, potenaal Induced DegradaAon) Mismatch da invecchiamento Mismatch per anomalie tecniche Origine del mismatch Collegamento di terra errato Oscillazione della tensione: arco elebrico vs. vetro robo robo

9 Mismatch parco impiana Tigo Energy I daa Tigo Energy sono staa ricavaa da oltre moduli installaa in tubo il mondo La deviazione standard del parco impiana era dell'11,3% Nella tabella di seguito vengono idenaficaa e quanaficaa i principali fabori che hanno contribuito al mismatch FaBori principali Mismatch per binning dei moduli Mismatch termico Sporcizia variabile Passaggio di nuvole 3,0% 1,0% 0,5% 1,0% % di diodi guasa rilevaa 0,5% Degrado variabile (all'anno) 0,5% Percentuale di moduli/ore 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% Differenza rispe$o al modulo più producvo Mismatch totale (anno 1) 5-7% Mismatch totale (anno 5) 7-9% Mismatch totale (anno 15) 12-15%

10 Mismatch di fabbricazione Le strubure cristalline presentano differenze intrinseche Due celle fotovoltaiche non sono mai idenache Il Apico intervallo di binning supera il 3-5% L'accuratezza dei flash test estende l'intervallo Interv. potenza per classe di moduli 3% totale 2 5% totale 3 6% totale 3 10% totale 2 Media degli 5,9% intervalli Mediana degli 5,5% intervalli N. di produ$ori intervista:

11 Case study: parcheggio senza ombre 2-01L 2-02H 2-03L 2-04H 2-05L Media 1-01L 1,34% - 0,54% 3,51% 1,88% 0,15% 1,27% 1-02H 2,65% 0,78% 4,83% 3,19% 1,47% 2,58% 1-03L 1,38% - 0,49% 3,55% 1,92% 0,19% 1,31% 1-04H 2,55% 0,67% 4,72% 3,09% 1,36% 2,48% 1-05L 2,01% 0,14% 4,19% 2,56% 0,83% 1,95% Un impianto da 275 kw non ombreggiato nel deserto della California installato su una strubura di pensiline rappresenta una progebazione fotovoltaica quasi perfeba (ovvero assenza di ombre, nuvole, elevato mismatch termico) Il primo anno intero di produzione ha dimostrato un miglioramento della produzione di energia pari al 2,5% BEW e Wells Fargo hanno accreditato il vantaggio derivante dalla produzione di energia

12 Mismatch per ombreggiamento Impianto tradizionale La produzione di un modulo è limitata dalla corrente più bassa della stringa Un modulo con un rendimento inferiore può compromebere la produzione c dell'intera stringa Il mismatch comprome$e l'intera stringa Ombreggiamento - I moduli in ombra riducono il rendimento di tu8 gli altri Variabilità della produzione - In ogni classe di potenza, un modulo da +0 W produrrà un impabo negaavo su un modulo da +5 W Variabilità del degrado - I moduli con un degrado più rapido producono un impabo negaavo sugli altri moduli man mano che invecchiano Impianto con Smart Module Consente a ogni modulo di funzionare in modo indipendente Più elevato è il mismatch e maggiore sarà la produzione di energia extra rispebo a un impianto tradizionale Gli Smart Module correggono il mismatch

13 Ubicazione: Italia Potenza installata: 2,64 MW Case Study: Ombreggiamento Un test comparaavo ha dimostrato un aumento del 13% della produzione di energia con gli o8mizzatori di Tigo Energy, principalmente a causa dell'abenuazione degli effe8 di ombreggiamento causaa da un palo di MT. 1C Senza ottimizzatori Con ottimizzatori Tower 7E

14 Mismatch causato da nuvole e polvere Set di daa NREL Oahu sull'impabo delle nuvole: 17 sensori di radiazione in un'ubicazione Intervalli di 1 secondo 1 anno intero di daa Corrisponde al 5-8% di energia persa Deviazione standard mensile 25% Causato dal livello di polvere nell'aria, vicinanza a strade, presenza di uccelli e vegetazione Perdite da mismatch samate: 1-4% 20% 15% 10% 5% 0% Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

15 Mismatch causato dalle nuvole Sungen Sharon Ubicazione: Sharon, Vermont Potenza installata: 2,2 MWp È stato osservato che le nuvole su questo impianto da 2,2 MWp a Sharon, nel Vermont, hanno un gradiente di potenza elevato, pari al 9,7%, il che comporta significaave perdite per mismatch. Annualmente, questo impianto perde circa l'1% della sua produzione di energia potenziale a causa del mismatch indobo dalla presenza di nuvole.

16 Mismatch termico Mismatch termico misurato sui te8 commerciali pia8 in California del Nord: Media dell'intervallo 4-7 C tra max e min. Scarto massimo: 20 C Corrisponde a un mismatch compreso tra 2 e 4% nella produzione di energia del modulo Esempio di First Solar in cui la differenza delle temperature di esercizio dei moduli è di almeno 10 C¹ nei campi fotovoltaici a terra Effetto della temperatura Nota¹: Fonte: Ponderata in base alla produzione di energia a intervalli di un secondo; escluse lebure dei sensori di radiazione inferiori a 75 W/m² Analisi Tigo Energy

17 PID (PotenAal Induced DegradaAon) La degradazione indoba da potenziale (PID) è causata dall'esposizione dell'impianto al potenziale esterno. Se i moduli FV hanno un potenziale negaavo a terra, si sviluppa una tensione negaava elevata tra le celle del modulo e il telaio, normalmente collegato a terra per ragioni di sicurezza. Questa tensione elebrica abrae gli elebroni dei materiali ualizzaa nei moduli FV e viene scaricata abraverso il telaio messo a terra determinando una piccola dispersione di corrente. Nel giugno 2011, il Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics ha pubblicato i risultaa dei propri test dimostrando che la PID determina una riduzione della potenza di quasi il 70% DEGRADAZIONE INDOTTA DA POTENZIALE DELLE CELLE E DEI MODULI FOTOVOLTAICI S. Pingel, O. Frank, M. Winkler, S. Daryan, T. Geipel, H. Hoehne e J. Berghold. SOLON SE Meccanismo PID (silicio cristallino di Apo p)

18 Il degrado dei moduli non è uniforme Questo determina un mismatch a livello di modulo che aumenta nel tempo: circa lo 0,75% di aumento della deviazione standard ogni anno Mismatch da invecchiamento I daa pubblicaa dall'nrel mostrano differenze a livello della velocità di degrado tra i moduli Al quinto anno, rappresenta l'1-2% di perdite in più che salgono a ~4% al decimo e al 12% al ventesimo Fonte: Analisi Tigo Energy, "Confronto del degrado FV esposto al potenziale esterno". D.C. Jordan, R.M. Smith, C.R. Osterwald, E. Gelak e S.R. Kurtz. Relazione della conferenza NREL CP % 25% 20% 15% 10% 5% 0% Perdite imputabili al componente variabile Anno Perdite imputabili al degrado di spostamento medio

19 Cedimento delle fondamenta Vetro robo Delaminazione Saldatura e corrosione ConneBori difebosi Collegamento a terra e cablaggio errato Archi elebrici Diodo robo Mismatch per anomalie tecniche

20 Mismatch per anomalie tecniche Diodo di bypass guasto 4 stringhe scollegate Crescita di vegetazione Sporcizia

21 Visibilità e tempo di reazione Cosa è successo? Dove esabamente? Qualcosa non va Tempo medio di rilevamento Tempo medio di isolamento Tempo medio di risoluzione Come si può risolvere? Chi può risolverlo? MTTR Con il monitoraggio di stringa standard, l'mttr può richiedere diversi mesi.

22 Vantaggi dell'elettronica di potenza a livello di modulo

23 Vantaggi Sicurezza anancendio e rilevamento di archi elebrici a livello di modulo Rilevamento rapido di fura Sicurezza/ Protezione GesAone dei guasa Rilevamento remoto immediato e risoluzione rapida Massima granularità Verifica istantanea GesAone delle prestazioni GesAone della configurazione O8mizzazione delle prestazioni e controllo a livello di modulo Isolamento dei guasa Contabilità OperaAvità dell'impianto e conseguente riduzione dei cosa di O&M Per ele$ronica di potenza a livello di modulo non si intendono solo gli ocmizzatori, ma un'esclusiva soluzione di PROTEZIONE DEGLI ASSET e una pia$aforma O&M

24 Sicurezza Inves:mento, manutenzione e interven: di emergenza più sicuri: 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V 60V Tigo Energy Tigo Energy Tigo Energy Tigo Energy Tigo Energy Tigo Energy Tigo Energy Tigo Energy Tigo Energy Tigo Energy Up Fino to 600V a potential V between cables 0V 0 V when con PV- Safe Safe activated a8vato " Disconnessione a livello di modulo e spegnimento automaaco della Voc di stringa in caso di interruzione dell'alimentazione; spegnimento manuale tramite pulsante PV Safe; spegnimento remoto tramite Web " Rilevamento dei guasa da arco elebrico " Protezione da sovracorrente/tensione e temperatura " Avvisi, allarmi e report a livello di modulo tramite e- mail e telefono " Monitoraggio basato su cloud

25 Soluzione disponibile per il retrofit di un impianto esistente

26 Tecnologia Impedance Matching Moduli tradizionali: corrente di stringa definita dal modulo meno produ8vo Smart Module: corrente di stringa definita dal modulo più produ8vo Ogni modulo produce al 100% delle proprie capacità Innovazione avanzata 16 breve8 concessi

27 Requisiti: ü Facilità di installazione ü Flessibilità ü Compatibilità con i componenti esistenti ü Bancabilità e sicurezza

28 Facilità di installazione Nessuna modifica a livello di cablaggio del sistema e configurazione delle stringhe Nessun impabo sulla meccanica e sulla garanzia dei moduli Funzionamento con tu8 i moduli FV Funzionamento con tu8 gli inverter, lebera di compaabilità emessa dalla maggior parte dei principali produbori di inverter CerAficazione del prodobo per tu8 i paesi Installazione in oltre sia Bancabilità Scorri e collega Plug & Play

29 Flessibilità e bancabilità Il layout del sistema esistente resta invariato (stesse stringhe, quadri, inverter, ecc.) Funzionamento con TUTTE le topologie di inverter (di stringa, trifase, centralizzaa ) Funzionamento con TUTTI i moduli di inverter L'unico con le$era di compa:bilità emessa dai principali produbori di inverter, tra cui PowerOne, SMA, Kako, Fronius, Solarmax, Steca, Refusol, AES Solar

30 Business Case impatto del retrofit di un impianto FV da 1 MW

31 Studio di fa8bilità Scheda tecnica moduli Scheda tecnica inverter Layout dei moduli Layout elebrico Ubicazione dell'impianto ü BOM ü Studio sul posizionamento del gateway ü Simulazione del rendimento incrementale con un so ware di terzi bancabile

32 Possibili test comparaavi in campo 1. Installazione del sistema Tigo Maximizer su un solo MPPT Ø Ø Ø Consente il confronto sullo stesso MPPT rispebo ai daa cronologici della produzione o rispebo a un altro MPPT simile dello stesso campo fotovoltaico Lo stato dell'mppt di riferimento rimane sconosciuto Durata: 1-2 mesi 2. Installazione del sistema Tigo Maximizer su due MPPT: I. Sistema Tigo funzionante in modalità di monitoraggio per 1-2 se8mane (senza o8mizzazione) II. A8vazione dell'algoritmo di o8mizzazione sull'mppt con la produzione più bassa ed esecuzione dell'analisi di produzione direba tra i 2 MPPT Ø Consente il confronto direbo tra 2 MPPT diversi in tempo reale Ø GaranAsce una base di daa omogenea Ø Durata: 1-2 mesi

33 Retrofit di impiana su larga scala I. ProgeBato per garanare il minor impabo possibile II. ProgeBato per garanare l'installazione più rapida possibile III. ProgeBato per consenare la più alta disponibilità del campo FV durante l'installazione

34 Presupposto: Impianto da 1 MWp, moduli da 240 Wp, produzione: kwh/kwp Data di messa in servizio: 2010 Mismatch: solo ambientale e da invecchiamento FIT + vendita: 0, ,095 /kwh Nessun errore di installazione significaavo Produzione kwh ImpaBo sulla produzione Costo materiale per retrofit: Costo di installazione: Produzione di energia 1 anno (3 anno di funzionamento): +4% Risparmio O&M/anno: OperaAvità dell'impianto/anno: Risparmi G&A associaa/anno: Installazione Tigo Anno Without Tigo With Tigo Nota (s:me conserva:ve) Degrado dei moduli: 1 e 2 anno: 0,25%, poi 0,5% all'anno Produzione di energia: 0,5% di aumento all'anno

35 ImpaBo sul ROI ROI Installazione Tigo ROI Anno Nota Senza considerare le potenziali detrazioni fiscali Senza considerare il valore della disponibilità di da: a livello di moduli per rivendicazioni di garanzia, il rilevamento e l'isolamento immediato dei guas:, i rischi di propagazione dei guas: e la maggiore sicurezza grazie alla disconnessione CC

36 Grazie per l'attenzi Conta8: Tigo Energy P.za Borgo Pila 40/56, Genova Tel.: Fax: E- mail: Web: ne!

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