Risultati sperimentali e sviluppi del modulo a concentrazione rondine

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1 Risultati sperimentali e sviluppi del modulo a concentrazione rondine Antonini A., Butturi M.A., Di Benedetto P., Milan E., Uderzo D., Zurru P. CPOWER SRL, via Ferrari 31/d, Ferrara (Italy)

2 Sommario: - OBIETTIVO DEL PROGETTO - LIMITI E VANTAGGI DELLA CONCENTRAZIONE FV - DESCRIZIONE MODULO RONDINE -PRESTAZIONI IN CAMPO - VANTAGGI DEL MODULO RONDINE - CONCLUSIONI

3 Concentrazione FV (CPV) Concentrare la luce su piccole celle fotovoltaiche Perché? - Sostituire il materiale nobile con materiali a basso costo - Possibilità di impiego di celle ad alta efficienza area di ingresso Ampio spettro di possibili soluzioni tecniche ETC Exit area

4 Concentrazione FV (CPV) Limiti e Vantaggi Limiti CPV - Necessità di inseguitore solare -Conversione soltanto della luce Diretta (frazione della luce che può essere, in media durane l anno, dal 50 % all 80% della luce globale a seconda della località in generale più è assolata la zona e maggiore è tale %) Vantaggi Potenziali CPV - Costi (poco materiale nobile impiegato) - Possibilità di alte efficienze di conversione - Tecnologia nuova: affidabilità

5 Limite CPV 1 Necessità di Inseguitore Solare In questi anni sono stati installati molti impianti traccianti su 2 assi con inseguitori affidabili il cui costo è sostenibile nel mercato del fotovoltaico. Inseguitore: % di energia per kwp installato (cioè meno moduli per produrre stessa energia, con conseguente riduzione dei costi di installazione e delle componenti - inverters, cavi, quadri elettrici - ) Con l aumento della produzione di energia e con la riduzione dei costi corollari si ripaga il costo del tracker Evitare la complessità Genera affidabilità L obiettivo del Progetto Rondine è realizzare un modulo fotovoltaico efficiente in campo, economico e che possa essere montato su inseguitori per moduli tradizionali.

6 Limite CPV 1 Necessità di Inseguitore Solare Con l aumento della produzione di energia e con la riduzione dei costi corollari si ripaga il costo del tracker e l inseguitore diventa conveniente Necessità Vantaggio Il tracker aumenta il Capacity Factor LCOE indice di bontà economica di impianto (non solo /W ) che tiene conto di costi di installazione, produttività energetica (kwh/kwp), degrado nel tempo Capacity factor (Sicilia): -PV standard fisso: 16.5% -PV standard tracciante: 22% -Rondine Gen2 (stima): 23.2% (eolico: 18%) Tuesday, November 3, 2 Fonte: SunpowerCorp. energia _ generata _ annualmente Capacity _ Factor : kwp _ installati _ _ 8760h

7 Inseguitore solare per Modulo Rondine Tracker Standard Concentratore solare Rondine GEN 1 La geometria dei concentratori è stata progettata per ottenere: - Basso costo - Ampio angolo di accettanza (± 4 ) - Efficienza ottica> 80% - Buon matching con la geometria delle celle - Evitare gli hot spot sulla cella I concentratori FV di norma richiedono alte precisioni di puntamento e inseguitori solari specifici; i moduli Rondine NO trackers per FV standard sono OK + Affidabilità - Costi

8 No ingiallimento, Vetro No intorbidimento, No graffi Modulo Rondine Gen1 Module type 25X concentrator Aluminum case - Glass Dimensions [± 2 mm] 740x188x1160 Optical surface [mm²] 700x1120 Cell type Monocrystalline silicon Cells dimensions [mm] 14x16 Number of cells 160 Tempered glass thickness [mm] 4 Weight [± 0,5 kg] 23 Peak power [W] * 90.2 Efficiency [%] 12.3 Maximum power voltage [Vmp] 23 Maximum power current [Imp] 4,15 Bypass diodes 4 * Peak power measured under 850 W/m 25 C

9 Modulo Rondine Gen 1 - Installazioni Tracker Standard con max inclinazione di 77 3,67 kwp* installato vicino Ferrara * Potenza di picco definita come somma delle potenza DC dei moduli PV in condizioni di irraggiamento diretto =850 W/m 25 C

10 Modulo Rondine Gen 1 - Installazioni Inseguitori solari su 2-assi STANDARD 4.65 kwp installed in Catania (Sicily Italy) Latitude: Settembre 2008 Tracker Standard con max inclinazione di kwp installed near Ferrara (Italy) Latitude: Luglio 2008

11 Limite CPV 2 Conversione soltanto della luce Diretta Limite principale dei Concentratori Solari (in generale) L ottica del modulo Rondine permette di raccogliere molta più radiazione diffusa (circumsolare) degli altri concentratori FV Modulo Rondine (±4 ) Altri Concentratori Solari

12 Limite CPV 2: Misure su ottica moduli Rondine se la componente diretta cala la componente diffusa cresce Rondine Gen2 eff.:16.8% Se CALA l irraggiamento DIRETTO: Rondine Altri CPV Standard FV Efficienza CRESCE Efficienza CALA Efficienza CALA* eff.:15.7% * O resta costante se l irraggiamento globale è costante Se cala la componente diretta cambia lo spettro solare cala l efficienza delle celle multigiunzioni per alta concentrazione solare

13 Limite CPV 2: Moduli Rondine Gen 1 DN Energy Distributions La maggior parte dell energia incidente sui moduli si ha in condizioni di irraggiamento 2 DNI<850 W/m!!! % of energy from Direct irradiation with 2 DNI<850 W/m 86% in Catania 99% in Ferrara eff.:16.8% Condizione di DNI per la definizione della potenza nominale eff.:15.7%

14 Moduli Rondine Gen 1 Performances in campo Ferrara (North-East Italy) March 20, 2009 GNI Pac per kwp DNI da strumento connesso al tracker DNI corrected PR DN used in CPV, Referred to DNI of 850 W/m 2 DNI tracker Errore di puntamento del tracker > 2.5 Wh_prodotti Wp_@_STC PR Wh 2 m incidenti STC W 2 m PR (ac)gn PR GN = 82%!!! = 92.1% ( REAL ) PR(ac) (ac) DN corrected= 92.1%

15 Limite CPV 3: Affidabilità Pannelli FV standard -Oltre 25 di esperienza sul campo -Industria matura -Installazioni fisse o su inseguitori solari standard Moduli Rondine - Progettato con componenti testati per altre applicazioni da oltre 20 anni - Tecnologie di realizzazione mutuate da industrie mature - Tests in campo da 2 anni - Inseguitori solari standard Moduli ad Alta Concentrazione - Impiegano componenti di ultima generazione - Tecnologie di realizzazione mutuate da industrie mature - Testati in campo da alcuni anni -Inseguitori solari non standard

16 Affidabilità (in campo) - Effetto dello Sporco - Ferrara Zona industriale Spots Accumuli di sporco Module type concentration % losses Flat C-Si 1x 1-4 Refl. Archimedes 10x Refl. Euclides 40x Fresnel lenses 300x 6-13 [ M. Vivar et. al., 23rd EUPVSEC, 2008] Rondine 25x 1-4 Misure dopo 8 mesi di sporco accumulato Prima della pulizia Dopo la pulizia DNI : 770 W/m2 Isc1 = 3.64 A Isc2 = 3.73 A DNI : 750 W/m2 Isc1 = 3.60 A Isc2 = 3.66 A % stessa DNI -2% -0.5% Stessa perdita per sporco dei pannelli STANDARD MEGLIO DEGLI ALTRI CONCENTRATORI FV

17 Rondine Module Gen2 Thickness similar to standard PV Module type 20X concentrator Dimensions [± 2 mm] 750 x 1150 x 74 Optical surface [mm] Cell type Cells dimensions [mm] 8 x 8 Number of cells 640 Tempered glass thickness [mm] 3.2 Weight [± 0,5 kg] 19 Peak power [W] * 115 Efficiency [%] 15.7 Maximum power voltage [Vmp] 36.5 Maximum power current [Imp] 3.15 Bypass diodes x1120 Monocrystalline silicon * Peak power measured under 850 W/m 25 C

18 Vantaggio Potenziale CPV 1 - Costo - A parità di POTENZA GENERATA dai moduli FV Standard Ampia area di Celle Solari FV -Silicio ultrapuro (richiede energia e processi chimici) - Processi tecnologici avanzati Rondine - Piccola area di Celle Solari FV (5%) di tipo standard - Ampia area di plastica e Al (2-3 Euro/Kg) Altri concentratori - Piccola area di Celle Solari FV (<1%) con tecnologia per satelliti - Ampia area di plastica e Al (2-3 Euro/Kg)

19 Vantaggio Potenziale CPV 2 - Efficienza - FV Standard (C-Si) Efficienze: - Mediamente: 12-14% -Alta efficienza: 14-19% - Amorfo: 5-7% -CdTe: 8-11% FV Standard (Thin-Film) Efficienze: Rondine Efficienze di modulo - Gen1 (Sperimentale): 12.3% -Gen2 (Produzione industriale fase 1): 16% Altri concentratori - Efficienza di pannello (array): [generalmente non sono venduti moduli ma sistemi] 11-21%

20 Vantaggio Potenziale CPV 2 Efficienza Produzione energetica - Costi Obiettivo ridurre / kwh!!! Fattori CHIAVE FV Modulo Rondine k / kw kw / m2 kwh / kwp Costo modulo Eff. (costo installazione) Produttività energetica (costo dell energia) BASSO Materiali non nobili ALTA η ( Bassi costi di installazione ) alta eff. ottica ALTA alta accettanza angolare dà alta produttività energetica

21 Modulo Rondine Dove? I moduli a concentrazione lavorano bene dove è alta la componente diretta della luce I moduli Rondine (Gen2) sono CONVENIENTI rispetto ai moduli TRADIZIONALI dove la luce DIRETTA è il 64% rispetto alla globale I sistemi ad alta concentrazione sono generalmente convenienti rispetto ai moduli standard se DNI/GNI >75%

22 Modulo Rondine Conclusioni Modulo RONDINE Prodotto di innovazione tecnologica ITALIANO al 100% Confronto con moduli STANDARD - Costi inferiori - Efficienza superiore - Produttività energetica superiore - Costo energetico inferiore Confronto con moduli CPV stranieri - Costi inferiori - Produttività energetica superiore -Tecnologia più affidabile - Mercato più ampio PROBLEMA: Assenza di tariffe incentivanti (Conto Energia) per CPV Assenza di Mercato!!! Assenza di credito bancario Ritardo negli investimenti necessari per la produzione industriale LIQUIDAZIONE SOCIETA Contatti: andrea.antonini@cpower.it info@cpower.it