Seminario Tecnico GLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Aggiornamenti legislativi, Problematiche tecniche, Problematiche di installazione, Rapporti con gli enti MODULI MONO E POLICRISTALLINI Stato dell arte e problematiche d installazione Cesenatico, 25 Giugno 2009 Relatore: Lucio Feroli Direttore Tecnico Isofoton Italia 1
Processo produttivo
SILICIO CRISTALLINO Processo produttivo Il silicio è il semiconduttore più utilizzato nella produzione di celle fotovoltaiche. Principalmente ciò è dovuto alla sua illimitata disponibilità sulla terra. Il silicio è fortemente utilizzato dall industria elettronica, e in questo campo sono stati sperimentati diversi metodi di raffinazione drogaggio e lavorazione. Le dimensioni delle celle assemblate nei moduli che fino a qualche anno fa avevano 8 cm di lato, ora, per massimizzare la superficie attiva, hanno lato anche di 12-16 cm.
SILICIO MONOCRISTALLINO Prodotto Isofotón Processo produttivo Le celle in silicio monocristallino hanno rispetto alle celle in policristallino hanno un efficienza maggiore (che va dal 13 al 17%), per questo che risultano più costose. Inoltre il silicio monocristallino è utilizzato anche nell industria elettronica, come precedentemente detto, e questa circostanza ne fa lievitare ulteriormente il prezzo. Generalmente le celle hanno forma quadra con gli angoli smussati con il lati di 12-17 cm, ed uno spessore che varia tra i 140-300 µm, sono di colore blu scuro e uniforme. Hanno un affidabilità garantita dalle aziende produttrici per oltre 25 anni! La vita media può superare anche i 30 anni.
CRISTALLIZZAZIONE Processo di Czochralski (CZ) La realizzazione di celle in silicio monocristallino tramite il processo Czochralski avviene nel seguente modo: Si immerge per pochi millimetri, un seme monocristallino di silicio in un crogiolo in cui vi è silicio puro fuso, mantenuto ad una temperatura leggermente superiore a quella di fusione. Gli atomi di silicio fuso, a contatto con il seme monocristallino si orientano secondo il reticolo atomico della struttura del silicio ed aderiscono al seme. Si procede quindi ad estrarre molto lentamente il seme monocristallino, estraendolo dalla massa fusa.
CRISTALLIZZAZIONE Processo Czochralski Il silicio fuso aderente al seme si solidifica molto rapidamente conservando la struttura monocristallina del seme. Mediante un controllo rigoroso della temperatura del materiale fuso, dell'atmosfera nella camera di lavorazione, e della velocità di estrazione, ed evitando ogni tipo di vibrazione, è possibile ottenere dei lingotti omogenei di forma cilindrica con un diametro di circa 13-20 cm e lunghezza che può raggiungere i 200 cm. Il lingotto viene poi debitamente rettificato e tagliato mediante un disco diamantato in sottili fettine chiamate wafer con spessore di circa 140-300 μm, le quali costituiranno il supporto (substrato).
TESSITURA CHIMICA Attacco chimico sulla superficie I wafer vengono poi puliti mediante un bagno di soda. Successivamente dopo aver effettuato il drogaggio con atomi di boro e fosforo, si realizzano le giunzioni P-N Infine si applica un sottile strato di materiale antiriflesso e si realizzano per serigrafia i contatti elettrici anteriori (griglia metallica) e posteriori (superficie continua metallica).
TESSITURA CHIMICA Cella piramidale Con una soluzione alcalina si aggredisce la superficie anteriore della cella. La superficie acquista una struttura rugosa a piramidi che riduce la riflessione. Dopo il trattamento i wafer sono sottomessi ad un processo risciacquo, neutralizzazione, pulizia e seccatura.
TESSITURA CHIMICA Cella piramidale Grazie all utilizzo di celle piramidali i moduli Isofotón sono in grado di avere una maggiore efficienza (con cielo sereno) nel raggiungimento del punto di massima potenza e ancor di più con radiazione parziale del sole. In fase produttiva delle celle infatti, avviene un attacco selettivo (di maggiore o minore intensità), sulla superficie, dando come risultato, nelle zone meno attaccate, delle strutture piramidali che hanno la funzione di minimizzare la riflessione della luce solare.
CRISTALLIZZAZIONE SUPERFICIE DELLA CELLA PIRAMIDALE
INCIDENZA DELLA RADIAZIONE Cella piana Cella piramidale
Potenza (Watts) EFFICIENZA AL PUNTO DI MASSIMA POTENZA 1000 W/m² Massima potenza Radiazione Moduli Piramidali altri moduli 12 Ore
Potenza (Watts) EFFICIENZA CON RADIAZIONE PARZIALE Radiazione 500 W/m² Moduli Piramidali 12 Ora
SILICIO POLICRISTALLINO Processo produttivo Le celle in silicio policristallino hanno un efficienza che va dal 11 al 15%. Si realizzano riciclando componenti elettronici scartati, ossia il cosiddetto "scraps di silicio" il quale viene rifuso per ottenere una composizione cristallina compatta. Questi scarti di silicio vengono fusi all interno di un crogiolo in modo da creare un composto omogeneo che poi viene raffreddato in modo tale da generare una cristallizzazione che si sviluppa in verticale.
SILICIO POLICRISTALLINO Processo produttivo Si ottiene così un pane di circa 150-200 kg che poi viene tagliato verticalmente in lingotti di forma parallelepipeda. Con un altro taglio, questa volta orizzontale, si ricavano delle fette di spessore simile ai wafer del monocristallo. I wafer vengono puliti con un bagno in soda, quindi poi drogati con il fosforo per la realizzazione delle giunzioni P-N. Si applica un sottile strato antiriflesso e si realizzano per serigrafia o elettrodeposizione i contatti elettrici anteriori (griglia metallica) e posteriori (superficie continua metallica).
Caratteristiche tecniche
CARATTERISTICHE TECNICHE Riferimenti normativi e dati di targa Ogni pannello per poter essere utilizzato in un impianto fotovoltaico con il Conto Energia deve essere dotato di una certificazione CEI EN 61215 (CEI 82-8) per i moduli in silicio cristallino, CEI EN 61646 (CEI 82-12) per i moduli a fil sottile e corredati di una scheda tecnica che ne specifichi le prestazioni con riportato i seguenti dati: in base alle norme EN 61730-1 (CEI 82-27), EN 50380 (CEI 82-22) nome o simbolo del costruttore; tipo o numero di modello; numero di serie; ( La data e il luogo di produzione devono essere indicati sul modulo, oppure essere riportati, in forma codificata, nel numero di serie.) polarità dei terminali o dei conduttori; massima tensione di esercizio; classe di impiego del modulo; simbolo di classe II ( per i moduli di classe A).
CARATTERISTICHE TECNICHE Riferimenti normativi e dati di targa Il costruttore del modulo deve inoltre fornire gli ulteriori dati necessari per progettare un campo fotovoltaico, tra cui: tensione a vuoto Uoc; corrente di corto circuito Isc; massima potenza Pmax, con indicazione delle tolleranze di produzione; tensione e corrente nel punto di massima potenza (MPP) Umpp e Impp; corrente nominale massima dei dispositivi di protezione contro le sovracorrenti abbinabili al modulo ( in genere fusibili); numero massimo di moduli collegabili in serie/parallelo; temperatura della cella in condizioni operative nominali (NOCT); massima corrente inversa tollerata; coefficienti di temperatura per la tensione, la corrente e la potenza.
CARATTERISTICHE TECNICHE Scelta dei moduli L efficienza di conversione è il parametro più noto e pubblicizzato dai produttori, ma in realtà è poco importante. Infatti, due moduli di pari potenza nominale, a parità di condizioni ambientali e con irraggiamento solare di 1000 W/m 2, forniscono la stessa potenza, indipendentemente dall efficienza di conversione del modulo stesso. L unica differenza è che il modulo meno efficiente occupa più spazio. A prescindere però dalla tipologia di celle utilizzate (amorfo, mono o poli cristallino) è estremamente importante saper valutare la qualità dei materiali proposti. Non è infatti sufficiente utilizzare celle in monocristallino per realizzare un impianto di qualità (in alcune condizioni altre soluzioni sono migliori). Bisogna analizzare le prestazioni dei pannelli utilizzati per poter capire se si tratta di materiale di qualità oppure no.
CARATTERISTICHE TECNICHE Fattore di riempimento Un parametro da prendere in considerazione, è il rapporto tra la potenza massima e il prodotto della tensione a circuito aperto per la corrente di corto circuito del modulo. Questo rapporto è denominato fattore di riempimento FF (Fill Factor). Umax Imax FF= Uoc Isc Tanto è più elevato il fattore di riempimento, tanto è più squadrata la caratteristica del modulo. Valori elevati del fattore di riempimento sono indicativi della qualità globale del modulo. Per i moduli in commercio i valori tipici si collocano nell intervallo 0,7 0,85.
CARATTERISTICHE TECNICHE Il punto A (Imax, Umax) corrisponde alla potenza massima che il modulo può erogare ed è rappresentata dall area del rettangolo dai lati Umax e Imax. Umax Imax FF= Uoc Isc
CARATTERISTICHE TECNICHE Schede tecniche Sulle schede tecniche dei moduli sono riportati i valori di tensione e corrente sia a vuoto che a carico (rilevabili anche dall'etichetta sul pannello) ma sono presenti anche i grafici di rendimento del modulo. I valori sono quelli rilevati alle condizioni STC (Standard Test Condition) ovvero AM (Air Mass) 1.5, di irraggiamento 1.000W/m 2 e temperatura di 25 C. Le condizioni STC sono però difficilmente verificabili in una installazione reale pertanto solo l'analisi dei grafici permette di sapere se il pannello è di qualità oppure no. Questi grafici mettono in correlazione la produzione energetica con variabili quali l'irraggiamento solare e la temperatura:
SCHEDE TECNICHE Corrente e tensione al variare dell irraggiamento
SCHEDE TECNICHE Corrente e tensione al variare della temperatura
SCHEDE TECNICHE Potenza e tensione al variare dell irraggiamento
TITOLO Potenza e tensione al variare della temperatura
Problematiche d installazione
OMBREGGIAMENTO Sottotitolo Gli ombreggiamenti possono causare delle riduzioni, momentanee o permanenti, della resa dell'impianto FV piuttosto onerose per l'utentegestore. In linea di principio quindi è meglio evitare le zone d'ombra. Se non fosse possibile evitare l'ombreggiamento del vostro impianto, cercate quanto meno di minimizzarne gli effetti negativi attraverso oculate scelte progettuali. Il problema principale della gestione degli ombreggiamenti è dovuto alla dinamicità delle ombre stesse che si muovono sull'impianto seguendo l' orientazione del sole. In ogni caso tale movimento può essere previsto e calcolato con esattezza. Qualora non fosse possibile evitare zone d'ombra sul generatore FV, tenetene conto durante il dimensionamento, soprattutto quando si deciderà la disposizione geometrica delle stringhe ed il loro collegamento elettrico..
OMBREGGIAMENTO Punto caldo (hot-spot) Una la cella ombreggiata, comportandosi da diodo in polarizzazione inversa, sarà soggetta alla tensione prodotta da tutte le altre celle in serie ad essa collegate, la quale risulta nettamente superiore alla tensione di perforazione del diodo. Quando un diodo in polarizzazione inversa viene sottoposto a tensioni che superano la tensione di perforazione della giunzione avviene il fenomeno di scarica, per cui una corrente elevata attraversa la giunzione per un breve periodo di tempo, surriscaldando la cella che si danneggia in breve tempo. Tali tipologie di danneggiamenti parziali sono chiamati hot-spot. L uso di diodi di protezione o by-pass riduce il rischio di riscaldamento delle celle ombreggiate, limitandone la corrente che le attraversa ed evitandone, in tal modo, la rottura.
Ombreggiamenti Prodotto Isofotón Esempi da evitare
Ombreggiamenti Prodotto Isofotón Esempi da evitare
Ombreggiamenti Prodotto Isofotón Esempi da evitare
DISACCOPPIAMENTO - MISMATCH Esempi da evitare
DISACCOPPIAMENTO - MISMATCH Esempi da evitare
STRUTTURE Azione del vento
STRUTTURE Azione del vento
STRUTTURE Azione del vento
STRUTTURE Azione della neve
CABLAGGIO Posa dei cavi e cablaggio delle stringhe...
Grazie per l attenzione www.isofoton.it