Fotovoltaico: un nuovo protocollo per verificare le conseguenze degli stress termici e fisici sui pannelli

27/11/2020 947

I test a cui i produttori di moduli fotovoltaici sottopongono i loro prodotti, per garantirne la qualità, prevedono l’esposizione a variazioni di temperature e di pressione. Alcuni ricercatori dell’Università della Florida ritengono che questi test non siano sufficienti ad assicurare efficienza per lunghi periodi. Sottoponendo quattro tipologie di moduli a situazioni di stress particolari, seguendo una metodologia specifica, hanno ottenuto risultati sorprendenti.

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Trasporto, installazione, condizioni metereologiche incidono sulle prestazioni dei pannelli fotovoltaici

Secondo Eric Schneller, ricercatore presso il Centro di Energia Solare dell’Università della Florida, i pannelli solari subiscono una grande varietà di sollecitazione di natura fisica che possono provocare danni “Questo è dovuto ad azioni umane, ad esempio durante il trasporto e l’installazione,  ma anche situazioni metereologiche, ad esempio neve, vento e grossi sbalzi di temperature hanno un ruolo importante”. A suo parere, infatti, le crepe hanno conseguenze molto serie: “Degradano le prestazioni del modulo e creano “aree morte” con conseguente differenza di tensione che riducono le prestazioni. Le crepe, inoltre, possono creare zone con temperature elevate che, nel peggiore dei casi, possono creare problemi di sicurezza ad esempio causando incendi."

Secondo Schneller i test che i produttori di moduli eseguono per prevenire la formazione di crepe, cercando di capire quando e come si creano, non sono sufficienti. In particolare, spesso si trascura il fatto che le crepe formate al “tempo 1” possono aumentare i problemi che si determinano in un tempo successivo dovuti a sollecitazioni diverse. Per dimostrarlo Schneller fa un esempio: il peso del manto nevoso su un modulo può causare microfratture che spesso si chiudono autonomamente quando la neve si scioglie e la pressione del peso diminuisce. Se lo stesso pannello, in un momento successivo, è sottoposto a temperature elevate o a vibrazioni dovute a forte vento le stesse microfratture possono aprirsi nuovamente e svilupparsi ulteriormente determinando una perdita di potenza.

Un protocollo di valutazione meccanica (test) in quattro fasi per i moduli fotovoltaici

Schneller ha sviluppato un nuovo protocollo di test per verificare le conseguenze di sollecitazioni successive dovute a pressione di natura termica o fisica. Si tratta di un Protocollo di Valutazione Meccanica che consiste in una sequenza di quattro diversi stress fisici ai quali è sottoposto il pannello: nel primo test il pannello è oggetto di una pressione di 5.400 Pa per un’ora, simulando la situazione in cui il pannello è ricoperto da uno  spesso strato di neve. Ciò può causare microfratture, che come accennato precedentemente, tendono a richiudersi non appena la pressione fisica diminuisce.

Nel secondo test previsto dal protocollo, il modulo  subisce una pressione a 1.000 Pa per mille volte di seguito, simulando l'esposizione prolungata a raffiche di vento. Una possibile conseguenza è che le celle si isolino elettricamente con conseguente perdita di capacità.

Nella terza prova, il pannello è sottoposto a 50 cicli, ciascuno dei quali con significativi aumenti di temperatura, e  a 10 cicli  di gelo e umidità, simulando condizioni meteorologiche altamente variabili. Questo da un lato crea nuove microfratture, dall’altro apre nuovamente quelle precedenti che possono diventare vere e proprie crepe. Inoltre, c’è la possibilità che i vari strati che compongono il pannello si stacchino. La seconda e la terza prova rientrano nelle procedure di test comunemente applicate dai produttori, la differenza nella nuova procedura di Schneller  è che siano  precedute da un test di pressione fisica e  seguite  da un ultimo test, che è una ripetizione del secondo: il pannello viene nuovamente sottoposto a 1.000 Pa mille volte.

Risultati diversi per ogni tipologia di modulo

Il nuovo protocollo è stato utilizzato dal gruppo di Schneller per verificare le conseguenze delle diverse sollecitazioni su quattro tipologie di moduli: modulo fotovoltaico HIT®, Mono-PERC, Multi-PERC e Mono-PERT.

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