FENOMENO DELL'HOT SPOT - CELLA FOTOVOLTAICA 1

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Giordano Novelli
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1 Domenico Falvella (DomenicoFalvella) FENOMENO DELL'HOT SPOT - CELLA FOTOVOLTAICA 16 January 2012 INTRODUZIONE Comportamento di una cella fotovoltaica quando la stessa non è esposta alla luce del sole (ombreggiata). Tale fenomeno può portare al più conosciuto fenomeno di surriscaldamento chiamato hot spot di una cella fotovoltaica montata in serie con altre celle. TEST IN LABORATORIO Il test di laboratorio qua riportato è stato effettuato con l ausilio di un alimentatore stabilizzato, un voltmetro ed un amperometro. Si è proceduto a polarizzare in modo diretto il diodo di cella iniettando corrente tra anodo e catodo, cioè dal positivo al negativo della cella. Successivamente, si è proceduto a invertire la polarità dell alimentatore per generare tensione e corrente negativa. Durante la fase relativa alla polarizzazione diretta del diodo sono stati rilevati i seguenti dati : Vd Id V ma 0 0 0,076 1,05 0,237 5,00 0,325 9,93 0,411 20,00 0,500 50,42 0, ,90 0, ,00 0, ,00 0, ,00 FENOMENO DELL'HOT SPOT - CELLA FOTOVOLTAICA 1

2 Andamento Tensione Corrente Diretta.jpg Durante la fase di polarizzazione inversa del diodo di cella sono stati rilevati i seguenti dati : Vr V Ir ma Pr (W) 0 0 0,00-0,078-0,99 0,00-0,162-2,05 0,00-0,406-5,30 0,00-0,699-10,00 0,00-1,211-20,15 0,02-2,442-51,10 0,12-4, ,20 0,40-6, ,00 1,24-10, ,00 5,11-11, ,00 11,59 Andamento Tensione Corrente Inversa.jpg FENOMENO DELL'HOT SPOT - CELLA FOTOVOLTAICA 2

Andamento Tensione Potenza Inversa.jpg Confrontando l andamento della tensione diretta e di quella inversa, si nota che la progressione rispetto alla corrente è molto diversa.

3 Andamento Tensione Potenza Inversa.jpg Confrontando l andamento della tensione diretta e di quella inversa, si nota che la progressione rispetto alla corrente è molto diversa. Nel caso di polarizzazione diretta con una corrente Id = 1 A la tensione rilevata è pari a 0,693 V mentre nel caso di polarizzazione inversa, la tensione, a parità di intensità di corrente, è 11,59 V. Possiamo concludere che la cella polarizzata inversamente raggiunge una resistenza interna pari a 11,59 Ω (= 11,59 V / 1 A), e quindi una potenza di 11,59 Watt. Per effetto Joule, tale potenza si converte in calore il quale può portare la cella fotovoltaica a surriscaldarsi a tal punto da causare danni quali lo scioglimento delle saldature fino alla rottura della cella stessa. SISTEMA IN SERIE Ponendo il caso di voler mettere in serie alcune celle fotovoltaiche (moduli fotovoltaici), è possibile determinare gli effetti della polarizzazione inversa su una sola delle celle poste in serie. Polarizzazione diretta del sistema: Polarizzazione diretta.jpg Il modulo (sistema) genera una corrente da 1 A ad una tensione di 12 V (sufficiente per ricaricare una batteria da auto da 12,1V). La tensione su ogni singola cella è di 0,5 V. FENOMENO DELL'HOT SPOT - CELLA FOTOVOLTAICA 3

OMBREGGIAMENTO Nel caso in cui una cella venisse completamente oscurata, la stessa si polarizzerebbe inversamente con resistenza pari a 11,59 Ω (con un tensione ai capi di 11,59 V).

sulle rimanenti 13 celle (2,41 V / 13 = 0,185 V). La potenza ai capi della cella oscurata è di 11,59 W. Sotto, il circuito elettrico con la cella oscurata: Polarizzazione inversa.

Se tale fenomeno viene prorogato nel tempo si possono manifestare eventi quali lo scioglimento dei contatti fino alla rottura della cella stessa.

4 OMBREGGIAMENTO Nel caso in cui una cella venisse completamente oscurata, la stessa si polarizzerebbe inversamente con resistenza pari a 11,59 Ω (con un tensione ai capi di 11,59 V). Secondo la legge di Kirchhoff alla maglia, la tensione totale di sistema risulta pari a 14 V con 11,59 V (Req = 11,59 Ω) ai capi della cella oscurata e la rimanente tensione (2,41 V) distribuita sulle rimanenti 13 celle (2,41 V / 13 = 0,185 V). La potenza ai capi della cella oscurata è di 11,59 W. Sotto, il circuito elettrico con la cella oscurata: Polarizzazione inversa.jpg CONCLUSIONI Concludendo, durante l ombreggiamento di una cella posta in serie con altre celle fotovoltaiche, la cella ombreggiata assorbe potenza surriscaldandosi. Se tale fenomeno viene prorogato nel tempo si possono manifestare eventi quali lo scioglimento dei contatti fino alla rottura della cella stessa. I produttori di moduli fotovoltaici preservano la rottura causata dall hot spot, utilizzando diodi, detti di bypass, che, posti ai capi delle celle, forzano la tensione a quella nominale del diodo (0,7 V per i diodi in silicio e 0,2 per diodi Schottky), con conseguente abbassamento di potenza sul bipolo. Di seguito alcune immagini riguardanti il fenomeno dell hot spot. Hot Spot1.jpg Hot Spot.jpg Camera termica hot spot.jpg FENOMENO DELL'HOT SPOT - CELLA FOTOVOLTAICA 4

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