Comincia a diventare di rilevante importanza lo studio della durata dei nostri impianti fotovoltaici. Di fondamentale rilevanza è lo studio dei moduli fotovoltaici installati nel nostro sistema poichè dalla loro efficienza di conversione dell'energia solare, ne scaturisce un maggiore rendimento di energia elettrica per le nostre utenze. 

Per meglio comprendere come sia possibile analizzare a fondo le caratteristiche intrinseche del pannello fotovoltaico, bisogna darne una rappresentazione elettrica equivalente. A tal fine si faccia riferimento all'immagine seguente:

Il pannello fotovoltaico è assimilabile ad un generatore ideale di corrente nel quale:

• La tensione ai capi del pannello (che d’ora in avanti chiameremo V) si stabilisce in valori approssimativamente uguali alla nominale non appena si ha la presenza di luce solare ed è un parametro molto influenzato dalla temperatura (l’85% delle perdite per temperatura sono dovute ad una diminuzione di tensione ai capi dei moduli e non di corrente)
  
• La quantità di corrente erogata (che chiamiamo I) è invece direttamente proporzionale all’irraggiamento solare ricevuto e varia pochissimo con la temperatura
  

Oltre a questi effetti noti ci sono però delle perdite che rendono il pannello fotovoltaico un generatore di corrente non ideale. In particolare dobbiamo considerare le due resistenze (serie e parallelo) che in particolare sono così definite:

• RSH (resistenza di Shunt): questa resistenza modella tutte le perdite interne della cella fotovoltaica come difetti di fabbricazione, errori di progettazione, non purezza dei materiali utilizzati ecc.ecc
• RS (resistenza serie): questa resistenza modella tutti quei fattori di perdita che la corrente incontra nel suo passaggio ovvero per esempio la resistenza di contatto silicio-conduttore, la resistenza dei contatti superiori e inferiori dell'intera cella ecc.ecc.

Di fondamentale importanza, nella verifica del rendimento e della qualità di un modulo fotovoltaico è il parametro chiamato Fill Factor (FF). Esso è un parametro adimensionale che misura il grado di purezza e di corretto sfruttamento del wafer di silicio che costituisce il modulo. E’ un numero compreso fra 0 e 1 e tanto più si avvicina all’unità tanto più la qualità del pannello è migliore e tanto più i costituenti del pannello sono di alta e quindi in ultima analisi tanto più basse sono le perdite e i fattori di invecchiamento ad esse connessi.

V_mpp [V]: è la tensione che si stabilisce ai capi del modulo fotovoltaico (imposta dall’inverter) che permette l’erogazione della massima potenza. Sui data sheet è misurata quando all’esterno ci sono condizioni STC (1000 W/m² di irraggiamento solare e 25°C di temperatura delle celle)

I_mpp [A]: è la corrente che il pannello eroga quando si trova nelle condizioni di STC e ha ai suoi capi la tensione di massima potenza.

Le grandezze V_oc e I_sc sono invece rispettivamente la tensione di circuito aperto e corrente di corto circuito del pannello già definite prima.

Le resistenze del modello elettrico fanno si che la caratteristica tensione corrente del modulo fotovoltaico non sia più “pulita” come in linea teorica ma si deformi al variare di queste due impedenze. Nella seguente figura si presenta una curva I-V teorica a confronto con una reale ottenuta introducendo due valori tipici di resistenza serie e parallelo.

ANALSISI DI MODULI FOTOVOLTAICI IN CAMPI FV REALI

Vediamo quindi quali sono le principali verifiche da eseguire su un modulo fotovoltaico reale, in esercizio, su un campo fotovoltaico. Come analizzato nei cenni teorici precedenti diventa di fondamentale importanza la misura/calcolo del Fill Factor del pannello ovvero determinare quanto la caratteristica I-V del modulo fotovoltaico si discosta da quella di una cella pura ideale.

Il rilievo della curva caratteristica I-V ci fornisce inoltre informazioni in merito al calo di prestazione che il pannello può aver subito nel tempo, rispetto alle caratteristiche dichiarate dal costruttore in scheda tecnica.

Vediamo a tal proposito quale sono i principali parametri caratteristici di un modulo fotovoltaico, tenendo conto che tutte le caratteristiche elettriche di un pannello sono riferite alle condizioni di prova STC (Standard Test Conditions) definite dalla norma IEC/EN 60904, ovvero irraggiamento solare 1000W/mq, temperatura delle celle 25°C, distribuzione spettrale AM=1,5

• Coefficiente di variazione della Isc (corrente di corti circuito) indica la variazione dell'intensità della corrente di corto circuito al variare della temperatura di lavoro della cella fotovoltaica. Espresso generalmente in %/K (percentuale su gradi kelvin) è un valore positivo. Ci permette di calcolare la Isc alle temperature reali di lavoro della cella.
• Coefficiente di variazione della Voc (tensione di circuito aperto) indica la variazionedel valore della tensione di circuito aperto al variare della temperatura di lavoro della cella fotovoltaica. Espresso generalmente in %/K (percentuale su gradi kelvin) è un valore negativo. Ci permette di calcolare la Voc alle temperature reali di lavoro della cella. 
  
• Coefficiente di variazione della Pmmp (potenza al punto mpp) indica la variazione della potenza al variare della temperatura di lavoro della cella fotovoltaica. Espresso generalmente in %/K (percentuale su gradi kelvin) è un valore negativo. Ci permette di calcolare la Pmmp alle temperature reali di lavoro della cella.
• Temperatura di NOCT: il NOCT è definito come la temperatura di funzionamento a cui si porta la cella nel caso di temperatura dell’aria T_e,NOCT = 20 °C;   irraggiamento G_NOCT = 800 W/m²;   velocità del vento 1 m/s;  modulo appoggiato su di una superficie, quindi assenza di convezione termica sulla superficie inferiore.
• Tolleranza sulla potenza indica quanto può discostarsi la potenza massima del modulo fotovoltaico dalla potenza nominale. I moduli migliori hanno una tolleranza sulla potenza solo potiviva tipicamente -0/+3%.

In base a questi principali parametri costruttivi dei moduli fotovoltaici, dichiarati in scheda tecnica da fabbrica, è possibile eseguire un confronto tra le misure rilevate e le caratteristiche di targa. Vediamo quindi come poter eseguire questo tipo di misure e come determinare il rispetto dei parametri di fabbrica del modulo fotovoltaico.

STUDIO DI UN CASO REALE

Si consideri il seguente modulo fotovoltaico con potenza nominale da 225 Wp, avente la seguente scheda tecnica:

Viene eseguito il primo test/misure sui moduli FV al fine di rilevare la loro caratteristica I-V (Corrente- Tensione) e la Resistenza Serie Rs, parametri caratteristici che li identificano costruttivamente, sulla base della normativa di riferimento IEC/EN60891.

Il test è eseguibile sia su singoli moduli sia su una stringa FV (insieme di moduli FV), il cui insieme costituiscè ciò che viene comunemente detto “generatore fotovoltaico”, parte integrante di una installazione FV Monofase o Trifase.

A livello teorico il test sulla caratteristica I-V avviene nel modo seguente:  

• Lo strumento esegue la misura della caratteristica I-V sul modulo ad esso collegato, oltre alla misura di irraggiamento e di temperatura del modulo.
• Il risultato della misura viene automaticamente “traslato” alle condizioni Standard STC (Standard Test Condition) di irraggiamento pari a 1000W/m2 e temperatura modulo pari a 25°C.
• Viene eseguito il controllo fra la potenza nominale massima, con il margine di tolleranza percentuale dichiarato dal costruttore del modulo e inserito nel tipo di modulo in precedenza selezionato sullo strumento, ed il valore misurato
• Se il controllo rientra nel margine di tolleranza dichiarato, l’esito della prova sarà POSITIVO oppure NEGATIVO in caso contrario con conseguenza che il modulo FV non soddisfa le prescrizioni dichiarate dal costruttore.

In questo tipo di test bisogna considerare anche il calo sistematico dell'efficienza del modulo fotovoltaico dichiarato dal costruttore. Tipicamente il calo si aggira intorno ad una percentuale dello 0,7%/anno. E le garanzie dei moduli fotovoltaici, di solito scaglionate in due blocchi fondamentali, assicurano una perdita nei primi 10 o 12 anni non superiore al 10% e fino al 25° anno di fita non superiore al 20%

Eseguita la misurazione con le opportune e sofisticate strumentazioni, possiamo mostrare i risultati della misura:

Si può notare che la misura è avvenuta con una radiazione solare di intensità pari a 929 W/mq quindi molto prossima ai 1000 W/mq delle STC. Lo strumento esegue quindi la misura alle condizioni ambientali al momento della misura poi esegue una traslazione alle STC ed infine confronta le misure "traslate alle STC" con quelle nominali dichiarate dal costruttore.

Come possiamo notare, in questo caso reale, abbiamo un calo rispetto alle prestazioni dichiarate dal costruttore di appena lo 0,28% quindi pienamente entro il margine del -3% di tolleranza. Possiamo in questo caso affermare che il modulo fotovoltaico è pienamente rispondente alle caratteristiche di targa del costruttore e che, inoltre, non presenta problemi costruttivi, come si può anche notare dalle seguenti immagini rappresentanti le curve I-V misurata, traslata alle STC e nominale.

GRAFICO DELLA TENSIONE-CORRENTE I-V (open circuit) MISURATA, ALLE STC E NOMINALE

GRAFICO DELLA POTENZA Pot (open circuit) MISURATA, ALLE STC E NOMINALE

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Attenzione: in data 07/11/2011 il CEI ha pubblicato (già in vigore) la variante V1 alla Guida CEI 82-25. 

Sottolineamo quindi l'importanza della conformita degli strumenti utilizzati per le verifiche tecniche sui moduli fotovoltaici alle nuove norme CEI 82-25 variante V1 e che eventuali misure condotte con strumenti NON conformi comporterà l'esecuzione di misure NON conformi alla normativa vigente. Quindi le verifiche non risulteranno utilizzabili per eventuali fini legali o di richiesta riparazione/sotituzione in garanzia verso la casa produttrice.