Modello di degradazione e misurazioni per la sostituzione dei moduli fotovoltaici in impianti connessi alla rete = Degradation model and measurements for the replacement of photovoltaic modules in grid-connected systems

L’elaborato presentato nella seguente tesi analizza le prestazioni energetiche di impianti fotovoltaici connessi alla rete, valutandone l’indice di resa media ed il suo andamento nel corso del tempo; inoltre è stata svolta una ricerca bibliografica sulla degradazione di moduli fotovoltaici e test sperimentali eseguiti in laboratorio, usata come punto di partenza per analizzare i casi presi in esame. Nella prima parte di questa tesi vengono trattati i principali fenomeni che intaccano le prestazioni della tecnologia fotovoltaica e ne determinano il deterioramento nel tempo, prendendo come esempio una analisi svolta nel laboratorio di prova della tecnologia fotovoltaica dell’Unione Europea; successivamente vengono descritte le principali prove svolte in laboratorio per la determinazione del decadimento di moduli fotovoltaici negli anni. Nella seconda parte vengono analizzati due impianti connessi alla rete, monitorati a distanza tramite un software digitale. L’analisi svolta è stata suddivisa nei seguenti campi. In primis è stata calcolata l’affidabilità teorica dei due impianti, stima che tiene conto unicamente del numero di componenti presenti in un impianto ed i rispettivi tassi di guasto ricavati dalla letteratura. Dai dati ottenuti si è potuto trovare il MTTF (Mean Time To Failure) and il MTTR (Mean Time To Repair) e la disponibilità teorica dei due impianti (Availability). Analizzando i dati reali, per prima cosa si è ricavato il performance ratio (PR) per i due impianti nel periodo di studio scelto; successivamente si è scelto il modello di invecchiamento teorico da applicare ai casi presi in esempio, scegliendo tra: dati ricavati da articoli scientifici, invecchiamento della tecnologia stimata dal costruttore di moduli e l’invecchiamento ricavato analizzando i punti percentuale persi dal PR tra un anno e l’altro. Quest’ultimo, a fine del periodo di osservazione, risulta essere una media tra i dati ricavati dagli articoli e quello riportato sulla scheda tecnica del modulo impiegato. Il risultato ottenuto viene utilizzato nel corso dell’analisi come target per il confronto delle misure energetiche dei due impianti. L’analisi delle prestazioni energetiche viene svolta calcolando i fattori di resa energetica costituenti l’indice di resa media. In particolare si è analizzata la perdita energetica dovuta alla disponibilità reale delle installazioni, calcolando il MTTF e MTTR da report messi a disposizione dell’azienda. Utilizzando dati metereologici locali messi a disposizione dal software PVGIS si è calcolato il PR corretto dalla temperatura, da cui si è ricavata l’efficienza energetica legata alle perdite di energia dovute alle variazioni di temperatura. In ultima istanza si è stimata la perdita energetica dovuta alla non perfetta trasparenza del vetro frontale dei moduli installati, in questo caso utilizzando i dati precedentemente ricavati ed la stima di invecchiamento citata. L’analisi effettuata confronta le prestazioni energetiche calcolate per i due impianti e ne mette a confronto i risultati; i due esempi riportano comportamenti simili per quanto riguarda: l’efficienza legata alla temperatura esterna e la disponibilità reale calcolata, congruente al risultato teorico precedentemente citato. Per quanto riguarda l’efficienza legata alla trasparenza del vetro frontale si nota come quelle ricavate siano ben diverse, in particolare quella dell’impianto posto nel luogo più soggetto all’accumulo di materiale esterno quali polveri e guano mostra valori nettamente minori.