TISO 10 kw: 35 e oltre...

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1 1 TISO 10 kw: 35 e oltre... Storia e evoluzione del fotovoltaico Domenico Chianese Ricercatore senior, advisor, docente Conferenza del 30 novembre 2017

2 2 Persone coinvolte nella realizzazione del progetto!! (nel 1982) Mario Camani Fulvio Caccia Tino Celio Febo Zamboni Dario Bozzolo Renato Pamini Giorgio Salvadè Carlo Spinedi Fabio Solcà Osvaldo Daldini Giuliano Frigeri Romano Medica Franco Donati Claudio Giovannini Willie Maag

3 3 Impianto TISO, 10kW, dal 1982 al anni

4 4 Produzione mondiale di moduli PV World PV Production in [GWp] SUPSI, DACD, ISAAC, October 2017, D. Chianese Source: IEA, Deutsche Bank, JRC-Ispra, Photon, Solabuzz, ANIE, ITRPV ecc : GW 2017: 76.6 GW F 2018F

5 Configurazione dell impianto TISO 10 kw durante 35 anni ecc. Anno n. di moduli Angolo inclinazione n. di stringhe/ moduli n. di array Inverter / 12 3 ABACUS 10 kw / 12 1 SOLCON prototipo / 21 3 ECOPOWER / x Sunny Boy 2500 SMA Smontaggio, misurazioni e installazione del nuovo impianto Dal / x Sunnyboy 1200 SMA 2014 interruzione di 3 mesi su un inverter 2015 da Maggio: 1/3 dell impianto non è più produttivo In 35 anni tanti cambiamenti:. nell impianto TISO. e nella tecnologia PV

6 6 35 anni. di cambiamenti! Cambio inverter (5 tipi) Cambio di cablaggio e di configurazione elettrica (5) Cambio di tensione di sistema (3) Cambio di inclinazione dei moduli (3) Cambio di ubicazione e/o smontaggio (2 tetti; 5 smontaggi completi) Cambio di sistema di monitoraggio (4 tipi di DataLogger) Cambio di simulatore solare per misure a STC (2) L impianto è ancora funzionante! Da ottobre 2017: l impianto è stato smontato per effettuare una caratterizzazione completa nell ambito di un progetto di ricerca. In 35 anni è cambiata la tecnologia. dell elettronica e dei moduli PV

7 7 1982: moduli PV dell impianto TISO (10kW) ARCO Solar ASI P max 37 Watt (1) Tolerance P max ± 10 % Cell technology sc-si (silicio monocristallino) Number of cells 35 Cell size Ø mm Module efficiency 10,6 % Cell thickness ~ 0.7 mm Front glass Tempered 3 mm Encapsulant PVB / EVA (2) Back sheet Tedlar metal Tedlar Junction box Moisture-proof plastic box Frame Al (1) P max nominale dato dal produttore nel 1982 senza considerare il degrado iniziale (LID) misurato a 28 C W/m 2 Potenza iniziale media (su selezione): 35.56W Potenza iniziale impianto : W (35.56 W/modulo) (2) incapsulante Nel 1981 / 1982 il produttore ARCO Solar è passato dal PVB al EVA

8 8 Pm di 18 moduli di riferimento ASI Dal 1982 è stata misurata la caratteristica I-V di 18 moduli di riferimento inseriti nell impianto TISO 10kW Degrado medio dopo 35 anni: % [Watt] Media 14 moduli funzionanti moduli visualizzati, 4 moduli guasti (22%) su 18 di riferimento Anno 2017

9 9 Difetti e guasti su tutti i moduli PV (288 moduli) Tipologia di difetto visivo Nota (1) Ingiallimento dell incapsulante(1) 50 % nel % 97 % Ossidazione del terminale Primo nel % 100 % Hot spot / con delaminazione importante(2) 26 % 33 % Crack nelle celle PV 1984: 20 % 22 % 22 % (2) isaac Distacco del backsheet (3) Inizio nel % (2003) 95 % Delaminazione dell incapsulante 92 % 92 % Penetrazione del sigillante (4) 76 % 90 % Ossidazione della griglia Primo nel % 100 % (3) Guasti Failure rate 2008 Insulation test (IEC 61215) 3.2 % (9) Wet leakage test (IEC 61215) 14.5 % (41) (4) Ottobre 2017: impianto smontato per analisi Dati in elaborazione!

10 10 Distribuzione di P m (moduli TISO): numero di moduli Effetti della distribuzione dei parametri elettrici: Mismatch in corrente e tensione Hot-spot (celle con temperatura elevata) Degrado supplementare causato dagli hot-spot Diminuzione di potenza Diminuzione di resa energetica Potenza [W]

11 11 Performance ratio (PR dc ) dell impianto TISO 10 kw PR: resa energetica normalizzata in potenza (STC) e in insolazione. Nuova configurazione dell impianto Nuova configurazione PR dell impianto 4 inverter funzionanti 2014: 3 mesi interruzione di 1/6 campi 2015: 2/6 campi fuori uso (inverter vs. moduli) 2016: Ripristino 1 campo

12 12 Performance ratio (PR dc ) Il Performance Ratio PR (dc) è diminuito del 20% dal 1996 al 2008 La diminuzione del PR è correlata al degrado dei moduli e al mismatch corrispondente, ma anche all affidabilità degli inverter. Dopo la manutenzione del 2010 il PR è aumentato del 10% grazie al sorting e alle riparazioni. Il PR dc totale dell impianto in 35 anni si è dimezzato a causa dei guasti ai moduli e al funzionamento degli inverter: PR dc = 43.5% Yf = 581 kwh/kwp Il PR dc dei 4 campi funzionanti è del 62.5% (Yf = 835 kwh/kwp)!!

13 13 Performance Ratio (ac) per sistemi PV in Germania PRdc 2016: TISO 4/6 TISO 6/6 Fonte: Source: Fraunhofer ISE 1000 Dächer Jahresbericht 1994 and 1997; 2011 system evaluation

14 14. e oltre 2014: 3 mesi interruzione di 1/6 campi (1 inverter) 2015: 2/6 campi non producono 2016: Ripristino di un campo A fine anno funzionanti 5/6 dei campi 2017: Smontaggio dell impianto per effettuare le analisi dettagliate dei moduli.. rimontaggio moduli funzionanti? (Beyond 40 years!!). definizione della «fine vita»?

15 15 35 anni Problemi tecnici di immissione in rete risolti. Dimostrazione della resa energetica Durata di vita ben oltre le aspettative iniziali (10 anni). e oltre. verso dove?

16 16 I moduli fotovoltaici in 35 anni e oltre 1982: ARCO Solar ASI Dimensione cella: Ø mm Dimensione modulo: 0.3 x 1.2 m² Area modulo: 0.36m 2 Numero di celle: 35 Rendimento cella: 12.3% Potenza nominale: 37W (reale 35.56W) Spessore cella: 700µm Numero busbar: : moduli c-si «quasi» standard Dimensione cella: 156 x 156 mm Dimensione modulo: 1.0 x 1.6 m² Area modulo: 1.6m 2 Numero di celle: da 60 a Rendimento cella: da 17 a 23% Potenza nominale: da 270 a 330W Spessore cella: 180µm Numero busbar: da 3 a 5 a multi

17 17 Evoluzione moduli PV Tecnologie di celle ad alto rendimento ed ad alta resa energetica Modifica dei processi di fabbricazione della cella Modifica dei materiale delle celle Modifica dello spessore delle celle Modifica delle dimensioni delle celle Modifica dell incapsulante Modifica dei backsheet Modifica dei tipi di vetro Applicazioni BIPV La forma e la dimensione dei moduli non cambia. cambierà tutto il resto!!. celle, rendimento, potenza, sistema, utilizzo dell energia,

18 18 35 anni e oltre: inverter PV per il collegamento alla rete (on-grid) Potenza: 10kW Rendimento massimo: 91.5% Dimensioni: 600 / 1200 / 700 mm Peso:??? pesante!! Potenza: 10kW Rendimento massimo: 98% Dimensioni: 470 / 730 / 240 mm Peso: 37kg

19 19. e oltre: Sistemi PV complessi on-grid + off-grid + accumulo micro-grid; smart-grid Ospedale regionale, Togo, Ayomé: Micro-grid + 20kW PV ac-coupling + 20kW PV dc-coupling + accumulo + rete pubblica + generatore diesel sdi sicurezza

20 20 Evoluzione dei costi dei sistemi PV: Impianto PV da 10kW collegato alla rete, in Europa CHF / Watt (*) (*) Indicizzato (*) 2016? Modulo BOS TOTALE sistema (*) valori indicizzati al 2016

21 21 Costo dei moduli PV Curva di apprendimento Negli ultimi 35 anni, ad ogni raddoppio della potenza prodotta cumulata, il prezzo è diminuito del 24%! Fonte: PV report; Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, ISE, July 2017

22 22 GRAZIE PER LA VOSTRA ATTENZIONE Internet: