Il Tuo Sistema PV Underperforming? Una Guida all'Applicazione e Configurazione degli Ottimizzatori

Nelle applicazioni pratiche della generazione di energia fotovoltaica (PV), problemi come l'ombreggiamento, le differenze di orientamento dei moduli e la degradazione dei moduli spesso portano a una riduzione dell'output del sistema. Le ricerche indicano che l'ombreggiamento può causare perdite di produzione di energia fino al 70% (Fonte ① : NREL). In particolare, quando un modulo specifico è in ombra, la corrente e l'uscita di potenza del circuito seriale complessivo possono diminuire significativamente. È qui che entrano in gioco gli ottimizzatori fotovoltaici. Essi regolano la corrente di uscita dei moduli interessati attraverso circuiti di controllo DC-DC interni, raggiungendo una corrispondenza di corrente con altri moduli e riducendo efficacemente le perdite di produzione dovute a mismatch. Questo articolo descriverà nel dettaglio le esigenze specifiche per l'applicazione degli ottimizzatori fotovoltaici sia in installazioni esistenti che nuove, nonché le soluzioni che essi forniscono.

Misure Chiave per Incrementare il Rendimento delle Piante PV Esistenti

Per le piante fotovoltaiche operative, il retrofit con ottimizzatori è senza dubbio una strategia di aggiornamento cruciale. Questa tecnologia non solo aumenta notevolmente il rendimento del sistema, ma offre anche un forte supporto per l'operatività stabile a lungo termine della pianta. Ecco alcuni scenari di applicazione tipici:

Retrofit delle Piante Vecchie (Senza Sostituire i Moduli) Alcune piante più vecchie, operative per molti anni, spesso registrano un calo del rendimento a causa dell'invecchiamento dei moduli, degrado delle prestazioni e cambiamenti nell'ambiente di lavoro. Secondo le ricerche, l'efficienza di generazione dei moduli invecchiati può diminuire fino al 20% (Fonte ② : IEA), causando problemi di mismatch significativi. L'installazione di ottimizzatori può non solo risolvere questo problema, ma anche recuperare al massimo il rendimento perduto. Inoltre, la funzione di monitoraggio a livello di modulo consente di tenere traccia in tempo reale delle prestazioni dei moduli, consentendo di identificare con precisione i moduli problematici e risparmiando tempo di manutenzione.

Retrofit delle Piante Vecchie (Sostituzione Completa dei Moduli) Di solito, le piante costruite prima del 2018 prevedono di sostituire i moduli vecchi con i più recenti. Durante questa sostituzione, eventuali cambiamenti nelle dimensioni dei moduli possono causare ombreggiature (come illustrato di seguito), determinando una perdita di potenza. In base all'esperienza di Sheng Gao sui progetti, i sistemi che utilizzano la tecnologia degli ottimizzatori possono migliorare significativamente la produzione complessiva in presenza di ombreggiature, con aumenti medi del 15% o superiori.

I moduli nuovi più grandi possono causare qualche ombreggiatura

Retrofit delle Piante Vecchie (Sostituzione Parziale dei Moduli)  Con lo sviluppo rapido della produzione di moduli, quando i moduli nelle piante più vecchie devono essere sostituiti a causa di danni, spesso si trova il dilemma che il produttore originale non produce più le stesse specifiche. Sostituire semplicemente i moduli danneggiati con quelli popolari attualmente sul mercato potrebbe portare a problemi di incompatibilità all'interno della stessa stringa di moduli. Per affrontare questa sfida, il rifacimento con ottimizzatori emerge come una scelta più economica ed efficace, eliminando efficacemente i fenomeni di incompatibilità e garantendo l'efficienza della pianta.

Attenuazione dell'ombreggiatura  Le piante fotovoltaiche hanno tipicamente una durata fino a 25 anni, durante i quali gli ambienti circostanti possono cambiare. Edifici nuovamente costruiti, alberi trapiantati o attrezzature aggiuntive sui tetti possono introdurre problemi di ombreggiamento per i moduli fotovoltaici. In tali casi, l'applicazione di ottimizzatori è particolarmente importante. Utilizzando la tecnologia degli ottimizzatori, l'impatto dell'ombreggiamento sull'output del sistema può essere significativamente ridotto, recuperando le perdite causate dall'ombreggiamento.

Raccomandazioni per la configurazione dell'ottimizzazione per nuove installazioni

Per gli utenti che non hanno ancora installato sistemi fotovoltaici, configurare in modo proattivo gli ottimizzatori è altrettanto significativo. Fin dalla fase iniziale di pianificazione e progettazione della centrale, si dovrebbero prendere in considerazione gli ottimizzatori per garantire fin dall'inizio un'alta efficienza, stabilità e capacità di generazione intelligente di energia. Le seguenti situazioni sono particolarmente adatte all'installazione di ottimizzatori fotovoltaici:

Strutture di tetto complesse  Uno dei fattori chiave che determinano l'entità dell'installazione fotovoltaica sui tetti è l'orientamento del tetto. I moduli nello stesso filo orientati in due direzioni diverse possono causare perdite di potenza. Gli ottimizzatori fotovoltaici consentono a ciascun modulo di funzionare al suo punto di massima potenza, senza essere influenzati dagli altri moduli nello stesso filo, massimizzando così l'utilizzo dello spazio sul tetto.

Problemi di ombreggiamento  L'ombreggiatura proveniente dai tetti circostanti può causare perdite di produzione di energia nei sistemi fotovoltaici. Anche ombre leggere di alberi o linee aeree possono influenzare significativamente l'output complessivo della centrale. Gli ottimizzatori fotovoltaici utilizzano il MPPT (Maximum Power Point Tracking) a livello di modulo per ottimizzare indipendentemente i moduli in ombra, migliorando così la produzione complessiva del sistema.

Ambienti Naturali Variabili Fattori ambientali comuni come l'accumulo di polvere, le feci di uccelli e la neve possono influenzare notevolmente l'output delle centrali fotovoltaiche. Se il tuo tetto si trova in un'area con condizioni naturali variabili, ciò può portare a una sotto-produzione nella generazione fotovoltaica. L'installazione di ottimizzatori può affrontare efficacemente queste sfide, garantendo una produzione di energia stabile.

Requisiti di sicurezza e manutenzione I sistemi fotovoltaici generano continuamente tensione, e i sistemi che non possono eseguire disconnessioni di sicurezza a bassa tensione in caso di guasti o incendi costituiscono un rischio per la sicurezza. Gli ottimizzatori fotovoltaici possono identificare tempestivamente eventuali rischi attraverso il monitoraggio a livello di modulo e completare l'arresto rapido entro 15 secondi, riducendo la tensione a livelli sicuri e garantendo la sicurezza sia del sistema fotovoltaico sia del personale di manutenzione.

In sintesi, gli ottimizzatori fotovoltaici svolgono un ruolo fondamentale nell'aumentare l'output dei sistemi fotovoltaici, garantire la sicurezza e facilitare la manutenzione. Sia per impianti fotovoltaici operativi che nuovi, il retrofit con ottimizzatori in scenari specifici è una scelta saggia.

Fonti:

① Prestazioni PV NREL:  https://www.nrel.gov/docs/fy19osti/72399.pdf 

② Programma IEA per i Sistemi Energetici Fotovoltaici:  https://iea-pvps.org/