Efficienza e Affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito N.Femia Università di Salerno 4 Maggio 2011 SolarExpò Verona N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 1
MPPT centralizzato vs MPPT distribuito I pv + V pv _ DC-AC MPPT di pannello DC-DC DMPPT DC-AC MPPT di stringa DC-DC DMPPT N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 2
MPPT distribuito maggiore recupero di energia sfruttamento ottimale delle superfici utilizzo di pannelli eterogenei stringhe di lunghezza diversa semplificazione degli inverters riduzione del numero di inverters riduzione della lunghezza dei cavi monitoraggio dei pannelli individuazione di malfunzionamenti sicurezza in fase di installazione sicurezza in caso di incendio N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 3
Disuniformità di soleggiamento N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 4
Disuniformità di soleggiamento uniforme non-uniforme S=1000 W/m 2 S=1000 W/m 2 S=100 W/m 2 P P V V N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 5
I p topologie dc-dc per MPPT distribuito V p I p MPPT V b Vp 2 Rload Rp 2 2 I p 2 M ( D2) V R R I M ( D ) p 1 load p 1 2 p 1 1 V p N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 6
topologie dc-dc per MPPT distribuito v i out in M ( D ) v M ( D ) i out in R in v i in in R load 2 MD ( ) 2 2 2 1 D D D min max, Rin _ buck Rload Rload Rload 1 1 1 1 2, 2 2 Rin _ boost Rload (1 D ) Rload (1 Dmax) Rload (1 Dmin) 2 2 2 1 D D D min max, 2 2 2 Rin _ buck _ boost Rload (1 D ) Rload (1 Dmin) Rload (1 Dmax ) N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 7
MPPT centralizzato vs MPPT distribuito DMPPT FMPPT SH=1000 W/m 2 SL=200 W/m 2 NH=10; NL=1; V ds max =70 V; I ds max =30 A; η FMPPT =0.98 η DMPPT =1 SH=1000 W/m 2 SL=200 W/m 2 NH=9; NL=2; V ds max =70 V; I ds max =30 A; η FMPPT =0.96 η DMPPT =1 SH=1000 W/m 2 SL=200 W/m 2 NH=8; NL=3; V ds max =70 V; I ds max =30 A; η FMPPT =0.94 η DMPPT =1 SH=1000 W/m 2 SL=200 W/m 2 NH=7; NL=4; V ds max =70 V; I ds max =30 A; η FMPPT =0.9 η DMPPT =1 SH=1000 W/m 2 SL=200 W/m 2 NH=6; NL=5; V ds max =70 V; I ds max =30 A; η FMPPT =0.87 η DMPPT =1 N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 8
MPPT centralizzato vs MPPT distribuito DMPPT FMPPT SH=1000 W/m 2 SL=200 W/m 2 NH=5; NL=6; V ds max =70 V; I ds max =30 A; η FMPPT =0.81 η DMPPT =1 SH=1000 W/m 2 SL=200 W/m 2 NH=4; NL=7; V ds max =70 V; I ds max =30 A; η FMPPT =0.76 η DMPPT =1 SH=1000 W/m 2 SL=200 W/m 2 NH=3; NL=8; V ds max =70 V; I ds max =30 A; η FMPPT =0.67 η DMPPT =1 SH=1000 W/m 2 SL=200 W/m 2 NH=2; NL=9; V ds max =70 V; I ds max =30 A; η FMPPT =0.58 η DMPPT =1 SH=1000 W/m 2 SL=200 W/m 2 NH=1; NL=10; V ds max =70 V; I ds max =30 A; η FMPPT =0.73 η DMPPT =1 N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 9
topologie dc-dc per MPPT distribuito boost converter S 1 =1000 W/m 2 S 2 =1000 W/m 2 V bulk =80 V Vds max=50v N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 10
topologie dc-dc per MPPT distribuito boost converter S1=1000 W/m 2 S2=400 W/m 2 Vbulk =80 V Vds max=50v N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 11
topologie dc-dc per MPPT distribuito buckboost converter S1=1000 W/m 2 S2=1000 W/m 2 Vbulk =80 V Vds max=80 V N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 12
topologie dc-dc per MPPT distribuito buckboost converter S1=1000 W/m 2 S2=400 W/m 2 Vbulk =80 V Vds max=80v N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 13
topologie dc-dc per MPPT distribuito buckboost converter S1=1000 W/m 2 S2=1000 W/m 2 Vbulk =50 V Vds max=80 V Ids max= buckboost converter S1=1000 W/m 2 S2=1000 W/m 2 Vbulk =50 V Vds max=80 V Ids max= 16 A N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 14
Disuniformità di soleggiamento S=S S=S S=S S=0 S=S =0 S=S N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 15
Modello del pannello () (m) I G s I ph I0 exp 1 q V I R kt V I ph I ph, stc 1 I TPV TPV, STC GSTC T I PV 0 T C T 0 amb 3 E exp kt gap G ( NOCT 20) 273 800 I R R p s Iph T Rs R p q Egap k Io photocurrent cell temperature diode ideality factor module series resistance module parallel resistance elementary charge band gap energy Bolzmann constant diode saturation current G Co Iph,STC α I TPV,STC GSTC TPV Tamb NOCT sun irradiance Io temperature coefficient STC photocurrent SC current thermal coefficient STC cell temperature STC sun irradiance cell temperature ambient temperature Normal Operation Condition Temperature N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 16
Funzionamento pannello in MPP (m) P load =P mpp () P d =V F (I ph -I mpp )+R s I mpp 2 KD135SX-1PU I mpp N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 17
Funzionamento pannello in sub-mpp (m) P load <P mpp () P d =V F (I ph -I*)+R s I* 2 KD135SX-1PU I* N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 18
stringa in condizioni di mismatch P mpp1 + P mpp2 =336W P=225W (-33,0%) P=243W (-27.6%) persi 93 W del pannello 1 persi 110 W del pannello 2 N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 19
pannello con cella coperta S=S S=S S=S S=S 1 S=S 2 S=S 3 N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 20
pannello 250W con 1 cella coperta S=1000W/m 2 la cella coperta dissipa 85W 1 cella coperta 100% 1 cella coperta 0% S=1000W/m 2 S=0 MPP MPP S=1000W/m 2 S=0 N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 21
pannello 70W con 1 cella coperta S=1000W/m 2 la cella coperta dissipa 40W 1 cella coperta 100% 1 cella coperta 0% S=1000W/m 2 S=0 MPP MPP S=1000W/m 2 S=0 N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 22
pannello 70W con cella coperta (exp.) N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 23
pannello 250W con più celle coperte P[W] I[A] S=1000W/m 2 S=0 8 6 4 2 20 celle coperte 80% 1 cella coperta 80% S=1000W/m 2 S=0 0 0 5 10 15 20 25 30 35 V[V] 200 150 MPP MPP S=1000W/m 2 S=0 100 50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 V[V] N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 24
P[W] I[A] serie 10 pannelli 220W, 1 cella coperta 8 6 4 2 2000 1500 1000 0 0 50 100 150 200 250 300 350 V[V] 500 (b) (c) (b) (c) (a) (d) (a) (d) 0 0 50 100 150 200 250 300 350 V[V] (a) nessuna cella (b) (c) (d) 10 x S=1000W/m 2 coperta 1 cella coperta per pannello S=0 20 celle coperte per pannello pannelli irradiati a 670W/m 2 N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 25
MPPT distribuito femia@unisa.it N.Femia: Efficienza e affidabilità dei Sistemi Fotovoltaici con MPPT Distribuito, SolarExpo, Verona, 4 Maggio 2011 26